D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2002.03.050 第24卷第3期 北京科技大学学报 VoL24 No.3 2002年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2002 薄板坯连铸机新型浸入式水口 包燕平田乃媛 徐保美 北京科技大学冶金学院，北京100083 摘要基于相似原理，采用1：1的水模型，模拟了薄板坯连铸结晶器内钢液的流场.采用 SG800水工数据采集系统对结晶器内液面波动和注流冲击深度进行了定量测量.针对薄板坯 连铸高拉速的需要，开发了一种新型的耗散型浸入式水口，通过研究耗散水口上下出口面积 比、出口角度以及拉坯速度对结晶器液面波动和对结晶器窄边冲击情况的影响，找出了其中的 变化规律，为优化耗散式水口的结构和工艺参数提供了理论依据.通过与普通双侧孔水口的试 验比较，证明耗散型水口是一种适合薄板坯连铸高拉速生产的新型水口， 关键词薄板坯连铸；水模型：结晶器；浸入式水口；双侧孔水口；耗散型水口 分类号TF777.7 薄板坯连铸的核心设备是结晶器.在浇铸 计算本试验选用1：1的试验模型.试验原型是 过程中，结晶器内钢液的流动特征不仅影响到 CSP工艺的漏斗型结晶器，结晶器断面为1200 结晶器内钢液的传热和夹杂物的上浮，而且还 mm×50mm.试验整体装置如图1所示， 影响到初始凝固坯壳的形成，以及铸坯的表面 循环水系统 质量.由于薄板坯连铸拉速快、结晶器断面小， 中间包 使得结晶器内钢水流动剧烈，这给结晶器液面 滑动水口 的稳定、凝固坯壳的均匀形成及连铸工艺带来 数据采 结晶器 了新的问题.因此优化结晶器浸入式水口的结 集系统 流 构，研究适应于高拉速的新型浸人式水口是改 计 善钢液流动、提高连铸坯质量的有效途径 结品器保护 水模型试验是进行浸入式水口结构研究的 底部置衡器 套排水系统 有效手段，国外薄板坯连铸技术较发达国家均 采用此方法进行研究开发.本文在现行国内 结晶器排水 三通接头 大泵 外薄板坯连俦机常用浸入式水口的优化试验基 图1试验装置 础上，开发了一种新型的适合于高拉速需要的 Fig.1 Experiment equipment 浸人式水口一耗散型水口，水模型试验结果 试验将中国水科院生产的SG800水工试验 表明，相对于目前普遍采用的薄板坯双侧孔水 数据采集系统引入到结晶器水模型试验中.系 口，该水口很好的满足了高拉速薄板坯连铸的 统由微机、电测仪、打印机及各种传感器组成， 需要.同时本文对于这种耗散型浸入式水口的 采用该系统可以准确定量地测量结晶器液面的 结构优化，进行了较深入的研究. 波动的大小、个数和周期.同时结合流场显示技 1试验方法 术，可以准确地测量各工况条件下注流在结晶 器内的冲击深度. 结晶器内的钢液流动主要是受惯性力、重 试验选择结晶器钢液面的波动大小和水口 力及粘性力的作用.根据相似理论，为保证模型 注流冲击深度作为评价结晶器内钢液流场和判 和原型相似，应确保两者的Fr数与R数相等.经 断浸入式水口效果的指标.合理的浸入式水口 结构是在高拉速下，即保证钢液面不产生剧烈 收稿日期2001-11-04包燕平男，38岁，数授 的波动，同时保证较小的注流冲击深度.耗散型 *国家“九五”科技攻关项目(No.955230104) 水口和目前普遍采用的双侧孔水口如图2所示.第 2 4 卷 第 3 期 2 0 02 年 6 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n iv e r s iyt o f s c i e n c e a n d eT c h n o el yg B e ij i n g V b l . 2 4 N 0 . 3 J U n . 2 0 0 2 薄板坯连铸机新型浸入式水 口 包燕平 田 乃 媛 徐保美 北京科技大学 冶金学 院 , 北京 10 0 0 8 3 摘 要 基于相 似原理 , 采 用 1 : 1 的水 模 型 , 模拟 了薄板坯 连铸结 晶器 内钢 液 的流场 . 采 用 S G 80 0 水 工数据 采集系统 对结 晶器 内液 面波动和 注流 冲击深度 进行 了定 量测 量 . 针 对薄板坯 连 铸高拉速 的需要 , 开发 了一 种新 型 的耗散 型浸 人式水 口 . 通 过研究耗散 水 口 上下 出 口 面积 比 、 出 口 角 度 以及 拉坯 速度对结晶器 液面 波动 和对结 晶器窄边 冲击情 况 的影响 , 找 出 了其中的 变 化规律 , 为优化耗散 式水 口 的结构 和工 艺参数 提供了理论依据 . 通 过与普通双侧孔水 口 的试 验 比较 , 证 明耗散 型水 口 是一 种适 合薄板坯 连铸高拉速生产 的新 型水 口 . 关 键词 薄板坯 连铸; 水模型 ; 结 晶器 ; 浸 人式水 口 ; 双 侧孔 水 口 ; 耗 散 型水 口 分类 号 T F 7 7 7 . 7 薄板坯 连铸 的核心 设 备是结 晶器 . 在浇铸 过程 中 , 结 晶器 内钢液 的流动 特征不仅影 响到 结 晶器 内钢液 的传 热和 夹杂物 的上浮 , 而且 还 影 响到初始凝 固坯 壳的形成 , 以及铸坯 的表 面 质量 . 由于薄板坯连铸拉速快 、 结 晶器 断面小 , 使 得结 晶器 内钢 水流动剧烈 , 这给结 晶器液面 的稳定 、 凝 固坯壳 的均 匀形成及连铸工 艺带来 了 新 的问题 . 因此优化 结晶器浸人式水 口 的结 构 , 研究适 应于高拉 速的新型 浸人式水 口 是改 善钢液 流动 、 提高连铸坯质量 的有效途径 . 水模型 试验是进行浸人式水 口 结构研究 的 有效手段 , 国外 薄板坯连铸技术较 发达 国家均 采用 此方 法进行研究 开发 〔回 . 本 文在现行 国 内 外薄板坯连铸机常用浸人式水 口 的优 化试验基 础 上 , 开发 了 一种新型 的适合 于高拉速需要 的 浸 人式水 口 — 耗散型 水 口 , 水 模型 试验结 果 表 明 , 相对 于 目前普遍采用 的薄板坯双侧孔 水 口 , 该水 口很 好的满足 了 高拉速薄板坯连铸 的 需 要 . 同时本 文对于这种耗 散型 浸人式水 口 的 结 构优化 , 进行 了 较深入 的研究 . 计算本试验选用 1 : 1 的试 验模 型 . 试 验原型 是 C S P 工艺 的漏斗型 结 晶器 , 结晶器断面 为 12 0 0 ~ 巧 0 ~ . 试 验整体装置 如图 1 所 示 . 循环水系统 集数 J氏部置衡 结晶器排水 { 代 门 阮 卜 晶器保护 排水系统 1 试验方法 结晶器 内的钢 液流动主要是 受惯性力 、 重 力及粘性力 的作用 . 根据相似理论 , 为保证模型 和原型相似 , 应确保两者的rF 数与 R e 数相等 . 经 收稿 日期 2 0 01 一 1 一4 包燕 平 男 , 38 岁 , 教授 * 国家 “ 九五 ” 科技 攻关 项 目( N o . 9 5 52 3 01 04 ) 图 1 试验 装置 F ig · 1 E x P e ir m e n t e q u i P m e n t 试验将 中国水科 院生产 的 S G 8 0 水工试验 数据采集 系统引人到结 晶器水模型 试验 中 . 系 统 由微机 、 电测仪 、 打印机及各 种传感器组成 , 采用该系统可 以 准确定 量地测 量结 晶器液面 的 波动 的大小 、 个数和 周期 . 同时结合流场显示技 术 , 可 以准确地测量 各工况条件 下注流在结 晶 器 内的冲击深度 . 试验选择结 晶器钢液面 的波 动大小 和水 口 注流 冲击深度作为评价结晶器 内钢液 流场 和判 断浸人 式水 口 效果 的指标 . 合理 的浸人式水 口 结构是 在高拉速下 , 即保证钢 液面不产生剧 烈 的波动 , 同时保 证较小 的注流 冲击深度 . 耗散型 水 口 和 目前普遍采用的双侧孔水 口 如图 2 所示 . DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2002. 03. 050