第6期 徐海伦等：板坯连铸结晶器内非对称流动现象的数值模拟 773。 力的不对称导致了结晶器液面流速的差异，当存在 实际生产过程中，应加强现场操作精度，使浸入式水 速度差异的两股流体发生相互作用时，就会产生旋 口尽量位于结晶器的正中央，以控制液面漩涡，避免 转流体，并引起漩涡.水口偏离度较小时，水口两侧 漩涡卷渣的产生， 流股相互作用的位置离结晶器中心线较近，因此漩 涡就会出现在水口与结晶器宽面之间的位置；偏离 度增大后，流体碰撞的位置离结晶器中心线的距离 增大，所以漩涡产生在水口与结晶器窄面之间. 0 液面锅 图5漩涡导致的卷渣 Fig 5 Shg entrapment caused by vorices 水口对中不良在引起结晶器流场不对称的同 时，也使得结晶器两侧的温度场不均匀.图6即为 两种偏离度下结晶器纵向中心面的温度场.当R= 2%时，水口偏向的一侧温度略高于水口偏离的一 图4不同偏离度下液面速度场.(aR=0:(b)R=2%:(dR 侧，并且越靠近结晶器下部，温度差异越明显：当R =5% 增大至5%时，水口偏离一侧温度进一步降低，水口 Fig.4 Surface velocity fields at different deviations:(a)R=0; 两侧温度差异增大，在水口偏离侧下部出现低温区 (b)R=2%:(c)R=5% 域，结晶器横向断面的温度不均匀程度增加.结晶 为了验证数学模拟中水口偏流引起的漩涡现 器两侧温度的差异会导致初生凝固坯壳的不均匀， 象，在实验室建立了水模拟系统.在水模实验中发 并产生较大的应力，当应力大于坯壳高温强度时，就 现，当水口偏离结晶品器中心时，水口附近会出现漩 会产生表面裂纹0，常见的纵裂缺陷就是来源于结 涡，涡流深度可达浸入式水口侧孔处，并且会引起漩 晶器弯月面处初生凝固坯壳厚度的不均匀性1川 涡卷渣.图5是水口偏离度为5%时水模型中观察 结晶器内温度不均匀而引起的初生凝固坯壳的不均 到的漩涡卷渣现象，这与数学模拟结果十分吻合， 匀性，不仅会恶化铸坯表面质量，严重的还会引起漏 由于漩涡引起的卷渣会严重恶化铸坯质量，因此在 钢事故四， (a) oL(b) 801 800 101 1网 103 03 1802 0 05 19 77 1河 7 -1.0 -10 w00 179 7 -1.5 -05 03 结品器横向m 结晶器横向m 图6不同偏离度下的结晶器温度场(K).(a)R=2%:(b)R=5% Fig.6 Tem perature fields (K)in mold at different deviations:(a)R=2%:(b)R=5%力的不对称导致了结晶器液面流速的差异, 当存在 速度差异的两股流体发生相互作用时, 就会产生旋 转流体, 并引起漩涡 .水口偏离度较小时, 水口两侧 流股相互作用的位置离结晶器中心线较近, 因此漩 涡就会出现在水口与结晶器宽面之间的位置;偏离 度增大后, 流体碰撞的位置离结晶器中心线的距离 增大, 所以漩涡产生在水口与结晶器窄面之间 . 图4 不同偏离度下液面速度场.( a) R =0;( b) R =2%;( c) R =5% Fig.4 S urface velocity fields at diff erent deviations:( a) R =0; ( b) R =2%;( c) R =5% 为了验证数学模拟中水口偏流引起的漩涡现 象, 在实验室建立了水模拟系统 .在水模实验中发 现, 当水口偏离结晶器中心时, 水口附近会出现漩 涡, 涡流深度可达浸入式水口侧孔处, 并且会引起漩 涡卷渣 .图 5 是水口偏离度为 5 %时水模型中观察 到的漩涡卷渣现象, 这与数学模拟结果十分吻合 . 由于漩涡引起的卷渣会严重恶化铸坯质量, 因此在 实际生产过程中, 应加强现场操作精度, 使浸入式水 口尽量位于结晶器的正中央, 以控制液面漩涡, 避免 漩涡卷渣的产生. 图 5 漩涡导致的卷渣 Fig.5 S lag entrapment caused by vortices 水口对中不良在引起结晶器流场不对称的同 时, 也使得结晶器两侧的温度场不均匀 .图 6 即为 两种偏离度下结晶器纵向中心面的温度场 .当 R = 2 %时, 水口偏向的一侧温度略高于水口偏离的一 侧, 并且越靠近结晶器下部, 温度差异越明显 ;当 R 增大至 5 %时, 水口偏离一侧温度进一步降低, 水口 两侧温度差异增大, 在水口偏离侧下部出现低温区 域,结晶器横向断面的温度不均匀程度增加 .结晶 器两侧温度的差异会导致初生凝固坯壳的不均匀, 并产生较大的应力, 当应力大于坯壳高温强度时, 就 会产生表面裂纹[ 10] , 常见的纵裂缺陷就是来源于结 晶器弯月面处初生凝固坯壳厚度的不均匀性[ 11] . 结晶器内温度不均匀而引起的初生凝固坯壳的不均 匀性, 不仅会恶化铸坯表面质量, 严重的还会引起漏 钢事故[ 12] . 图 6 不同偏离度下的结晶器温度场( K) .( a) R =2%;( b) R =5% Fig.6 Tem perature fields ( K) in mold at diff erent deviations:( a) R =2%;( b) R =5% 第 6 期 徐海伦等:板坯连铸结晶器内非对称流动现象的数值模拟 · 773 ·