·894 工程科学学报，第37卷，第7期 他文献的测量和计算结果，但在弯月面附近计算结果 直至基本为零（见上图6）.当入口水温在303K以上 与其他文献中的数据吻合较好.主要是由于结晶器具 时，随着水温的降低，铜管冷面的温度随之有相同程度 有不同的长度.总体来说，通过坯壳厚度、热流和铜管 的降低.但当入口水温低于303K时，铜管上部（弯月 冷面温度的对比，在研究冷却水参数对铸坯凝固和铜 面及其以下0.15m内)的冷面温度基本保持稳定.当 管温度的影响方面，模型具有足够的准确性 水口水温达到313K时，铜管冷面的最高温度会超过 0.6MPa下水的沸点.通常，在结晶器上部，由于二 4结果讨论 维传热，结晶器角部的冷却更快，该位置处的铜管温 4.1冷却水温度对铜管温度和传热的影响 度也会更高，更容易出现铜管冷面温度超过冷却水 从图8中可以看出，结晶器水的入口温度不仅直 沸点的现象，并进一步导致传热受阻、冷却不均匀和 接影响其出口温度，也显著影响结晶器铜管的冷面温 脱方的出现.所以，结晶器水的入口温度需要控制在 度.结晶器出口水温基本等于出口处的铜管冷面温 313K以下，防止出现膜态沸腾给铸坯冷却带来的不 度，说明通过铜管冷面的热流在弯月面以上很快降低， 利影响 440(a) 440 420 T,=298K 430 =303k T=298K 400 =308K T-303k T-313K ≤420 =308k 0.6M水沸点 7=313k 38) ).6M水沸点 410 360 400 340 390 300 380 0.3 0.6 0.2 0.3 图结品器上1湖离m 明结品器1距离/m 图8冷却水流速对铜管冷面温度的影响.()总体图：(b)放大图 Fig.8 Influence of inlet water temperature on mould cold face temperature:(a)overall view:(b)enlarged view 此外，从表4中可以见，结晶器冷却水入口温度的 4.2冷却水流速对铜管温度和传热的影响 变化没有明显影响总的传热效果，结晶器内平均热流 已有文献9]表明结晶器冷却水的流动速度对 和结晶器水进出口温差随入口水温的变化不是很明 铜管的温度有明显影响，但是给出的水速变化范围过 显，随着水温的增加两者都有很小的减少.但需要注 宽，从7ms到15ms.在实际生产过程中，结晶器 意的是，本模型并没有考虑到水的相变（膜态沸腾）对 水量一般很少变动，或随钢种和过热度等工艺参数做 传热的影响，当出现冷却水沸腾的现象时，平均热流会 微小调整，浮动范围为5~10m3·h1(0.49~0.98 出现较大降低. ms).通过修改模型的入口边界条件进行多次计 算，结果显示在结晶器冷却水速度处于11.7~13.17 表4结品器冷却水入口水温和水速对结品器传热的影响 ms之间（结晶器水量120~135m3h)内时，水速 Table 4 Influence of inlet water temperature and velocity on mould heat 每降低0.49ms,铜管冷面各处的温度约增加3.5~ transfer 3.8K,水速越低，铜管冷面温度增加越快，如图9 ”/(msl) T./K Qe/(W.m-2) △T./K 所示. 12.19 298 2418614 8.516 另外，从表4中可以看出，虽然变动结晶器冷却水 12.19 303 2415282 8.492 水速明显改变了进出口水温的差值，但结晶器平均热 12.19 308 2416531 8.468 流改变不大，对总体的传热效果影响有限，水速的改变 12.19 313 2409739 8.444 主要还是影响结晶器铜管的冷面温度.冷却水水速升 303 高0.49m's可以基本抵消入口水温增加4K给铜管 11.70 2420791 8.836 冷面温度带来的提升 12.19 303 2423360 8.492 12.68 303 2426043 8.174 5 结论 13.17 303 2428089 7.878 (1)本模型详细研究了结晶器冷却水的参数以及工程科学学报，第 37 卷，第 7 期 他文献的测量和计算结果，但在弯月面附近计算结果 与其他文献中的数据吻合较好． 主要是由于结晶器具 有不同的长度． 总体来说，通过坯壳厚度、热流和铜管 冷面温度的对比，在研究冷却水参数对铸坯凝固和铜 管温度的影响方面，模型具有足够的准确性． 4 结果讨论 4. 1 冷却水温度对铜管温度和传热的影响 从图 8 中可以看出，结晶器水的入口温度不仅直 接影响其出口温度，也显著影响结晶器铜管的冷面温 度． 结晶器出口水温基本等于出口处的铜管冷面温 度，说明通过铜管冷面的热流在弯月面以上很快降低， 直至基本为零( 见上图 6) ． 当入口水温在 303 K 以上 时，随着水温的降低，铜管冷面的温度随之有相同程度 的降低． 但当入口水温低于 303 K 时，铜管上部( 弯月 面及其以下 0. 15 m 内) 的冷面温度基本保持稳定． 当 水口水温达到 313 K 时，铜管冷面的最高温度会超过 0. 6 MPa 下水的沸点． 通常，在结 晶 器 上 部，由 于 二 维传热，结晶器角部的冷却更快，该位置处的铜管温 度也会更高，更容易出现铜管冷面温度超过冷却水 沸点的现象，并进一步导致传热受阻、冷却不均匀和 脱方的出现． 所以，结晶器水的入口温度需要控制在 313 K 以下，防止出现膜态沸腾给铸坯冷却带来的不 利影响． 图 8 冷却水流速对铜管冷面温度的影响． ( a) 总体图; ( b) 放大图 Fig． 8 Influence of inlet water temperature on mould cold face temperature: ( a) overall view; ( b) enlarged view 此外，从表 4 中可以见，结晶器冷却水入口温度的 变化没有明显影响总的传热效果，结晶器内平均热流 和结晶器水进出口温差随入口水温的变化不是很明 显，随着水温的增加两者都有很小的减少． 但需要注 意的是，本模型并没有考虑到水的相变( 膜态沸腾) 对 传热的影响，当出现冷却水沸腾的现象时，平均热流会 出现较大降低． 表 4 结晶器冷却水入口水温和水速对结晶器传热的影响 Table 4 Influence of inlet water temperature and velocity on mould heat transfer vw-in /( m·s － 1 ) Tw-in /K Qave /( W·m － 2 ) ΔTw /K 12. 19 298 2418614 8. 516 12. 19 303 2415282 8. 492 12. 19 308 2416531 8. 468 12. 19 313 2409739 8. 444 11. 70 303 2420791 8. 836 12. 19 303 2423360 8. 492 12. 68 303 2426043 8. 174 13. 17 303 2428089 7. 878 4. 2 冷却水流速对铜管温度和传热的影响 已有文献［19］表明结晶器冷却水的流动速度对 铜管的温度有明显影响，但是给出的水速变化范围过 宽，从 7 m·s － 1到 15 m·s － 1 ． 在实际生产过程中，结晶器 水量一般很少变动，或随钢种和过热度等工艺参数做 微小调 整，浮 动 范 围 为 5 ～ 10 m3 ·h － 1 ( 0. 49 ～ 0. 98 m·s － 1 ) ． 通过修改模型的入口边界条件进行多次计 算，结果显示在结晶器冷却水速度处于 11. 7 ～ 13. 17 m·s － 1之间( 结晶器水量 120 ～ 135 m3 ·h － 1 ) 内时，水速 每降低 0. 49 m·s － 1，铜管冷面各处的温度约增加 3. 5 ～ 3. 8 K，水 速 越 低，铜管冷面温度增加越快，如 图 9 所示． 另外，从表 4 中可以看出，虽然变动结晶器冷却水 水速明显改变了进出口水温的差值，但结晶器平均热 流改变不大，对总体的传热效果影响有限，水速的改变 主要还是影响结晶器铜管的冷面温度． 冷却水水速升 高 0. 49 m·s － 1可以基本抵消入口水温增加 4 K 给铜管 冷面温度带来的提升． 5 结论 ( 1) 本模型详细研究了结晶器冷却水的参数以及 · 498 ·