DO10.13374f.issnl00i3x.2010.10.05 第32卷第10期 北京科技大学学报 Vo132N910 2010年10月 JoumalofUniversity of Science and Technopgy Beijng Oct 2010 静磁场下气泡在板坯连铸结晶器内运动行为的物理模 拟 张浩斌雷作胜金小礼任忠鸣邓康钟云波 上海大学材料科学与工程学院上海市现代治金与材料制备重点实验室.上海2000卫 摘要以水银和氩气作为模拟介质，通过物理模拟研究了高拉速板坯连铸结晶器内电磁制动和水口吹氩耦合作用下的气 泡运动和分布行为.采用电阻探针测量了结晶器内气泡的运动和分布情况，分析了磁场、吹氩量等不同工艺参数对气泡占空 比、气泡数量和气泡脉冲宽度的影响规律.实验结果表明：在一定的拉速条件下，施加磁场改变了气泡在结晶器内的分布规 律，有利于气泡的上浮，降低了气泡在结晶器内的冲击深度，减少了到达结晶器窄面的气泡数量：磁场的施加和吹氩量的增加 都使得脉冲宽度较大的气泡数量增多，且主要集中在结晶器1/4宽度和水口之间区域. 关键词连铸结晶器：氩气泡；电磁制动；物理模拟：电阻探针 分类号TF777.1 Physicalm odeling of gas bubble movem ent behav ior in a slab continuous casting mold under static magnetic field ZHANG Haa bin IEI Zuo sheng JN X aa li REN Zhongm ing DENG Kang ZHONG Yunbo ShanghaiK ey Laboraory of Modem Meta llugy&Materia s Poocessing School of Materials Sc ence and Engineering Shanghai University Shanghai 200072hna ABSTRACT A physicalmodel was devebped p sudy bubble movem ent and distrbuton behavior in consderation of he couped effects of elecuomagnetic brake(EMBr and argon gas injecton n a sla contnuous castng mold w ith hgh castng peed Mercury and argon gas were emp pyed to sinulate the molten m etal and argon gas twa Phase flow The resistance probe was applied to sudy the gas bubbe statistical behavor in the mold w ith and witoutEMBr under different argon gas fpw rates The effects ofEMBr and argon gas fpw aate on the local woid fraction num ber and puse wd h of gas bubbles were nvestgated The results show thatwhen hem ag netic fiel is mposed under a given casting speed the distribu tion ofgas bubbles n he mold changes the floatng up rate ofgas bub bes ncreases he penetraton depth of gas bubbes becames pwer and the number of gas bubb les reachng he narrow ace of he mod decreases The number ofgas bubbleswin wide pu be increases beween he 1/4 w ith of the mold and he nozzle wit EMBr or with he argon gas flow rate increasing KEY WORDS con tnuous castng mo argon gas bubble ekctromn agnetic brake(EMB:Physical modelng resisunce probe 为了防止水口堵塞，促进结晶器内非金属夹杂 夹杂缺陷，同样，如果下循环流控制不好则会把 物的上浮，结晶器浸入式水口吹氩技术被广泛应用 氩气泡及黏附在其表面的非金属夹杂物带到结晶器 于实际连铸生产过程中山.氩气随钢液进入结晶器 深处，易被凝固的钢水坯壳界面捕获，导致铸坯中 后，随上循环流运动的氩气泡从钢渣界面上浮逸出 形成皮下气孔等缺陷.因此，如何优化和控制结 但是在控制不当的情况下可能造成液面卷渣，形成 晶器内吹氩条件下的钢水流动行为，保证连铸坯的 收稿日期：2009-12-08 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N050874133):上海市科学技术委员会资助项目(N?09QA402200):长江学者和创新团队发展计 划资助项目(N?RT0739 作者简介：张浩斌(198子)，男，硕士研究生：雷作胜(1975一)，男，副研究员，博士，Ema刚e1@s可dm第 32卷 第 10期 2010年 10月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.32 No.10 Oct.2010 静磁场下气泡在板坯连铸结晶器内运动行为的物理模 拟 张浩斌 雷作胜 金小礼 任忠鸣 邓 康 钟云波 上海大学材料科学与工程学院上海市现代冶金与材料制备重点实验室, 上海 200072 摘 要 以水银和氩气作为模拟介质, 通过物理模拟研究了高拉速板坯连铸结晶器内电磁制动和水口吹氩耦合作用下的气 泡运动和分布行为.采用电阻探针测量了结晶器内气泡的运动和分布情况, 分析了磁场、吹氩量等不同工艺参数对气泡占空 比、气泡数量和气泡脉冲宽度的影响规律.实验结果表明:在一定的拉速条件下, 施加磁场改变了气泡在结晶器内的分布规 律, 有利于气泡的上浮, 降低了气泡在结晶器内的冲击深度, 减少了到达结晶器窄面的气泡数量;磁场的施加和吹氩量的增加 都使得脉冲宽度较大的气泡数量增多, 且主要集中在结晶器 1/4宽度和水口之间区域. 关键词 连铸结晶器;氩气泡;电磁制动;物理模拟;电阻探针 分类号 TF777.1 Physicalmodelingofgasbubblemovementbehaviorinaslabcontinuouscasting moldunderstaticmagneticfield ZHANGHao-bin, LEIZuo-sheng, JINXiao-li, RENZhong-ming, DENGKang, ZHONGYun-bo ShanghaiKeyLaboratoryofModernMetallurgy＆ MaterialsProcessing, SchoolofMaterialsScienceandEngineering, ShanghaiUniversity, Shanghai 200072, China ABSTRACT Aphysicalmodelwasdevelopedtostudybubblemovementanddistributionbehaviorinconsiderationofthecoupled effectsofelectromagneticbrake( EMBr) andargongasinjectioninaslabcontinuouscastingmoldwithhighcastingspeed.Mercury andargongaswereemployedtosimulatethemoltenmetalandargongastwo-phaseflow.Theresistanceprobewasappliedtostudythe gasbubblestatisticalbehaviorinthemoldwithandwithoutEMBrunderdifferentargongasflowrates.TheeffectsofEMBrandargon gasflowrateonthelocalvoidfraction, numberandpulsewidthofgasbubbleswereinvestigated.Theresultsshowthatwhenthemag￾neticfieldisimposedunderagivencastingspeed, thedistributionofgasbubblesinthemoldchanges, thefloatinguprateofgasbub￾blesincreases, thepenetrationdepthofgasbubblesbecomeslower, andthenumberofgasbubblesreachingthenarrowfaceofthe molddecreases.Thenumberofgasbubbleswithwidepulseincreasesbetweenthe1/4 widthofthemoldandthenozzlewithEMBror withtheargongasflowrateincreasing. KEYWORDS continuouscastingmold;argongasbubble;electromagneticbrake( EMBr) ;physicalmodeling;resistanceprobe 收稿日期:2009-12-08 基金项目:国家自然科学基金资助项目 (No.50874133 ) ;上海市科学技术委员会资助项目 (No.09QA1402200) ;长江学者和创新团队发展计 划资助项目 (No.IRT0739) 作者简介:张浩斌 ( 1983— ), 男, 硕士研究生;雷作胜 ( 1975— ), 男, 副研究员, 博士, E-mail:lei zsh@staff.shu.edu.cn 为了防止水口堵塞, 促进结晶器内非金属夹杂 物的上浮, 结晶器浸入式水口吹氩技术被广泛应用 于实际连铸生产过程中 [ 1] .氩气随钢液进入结晶器 后, 随上循环流运动的氩气泡从钢渣界面上浮逸出, 但是在控制不当的情况下可能造成液面卷渣, 形成 夹杂缺陷 [ 2] ;同样, 如果下循环流控制不好则会把 氩气泡及黏附在其表面的非金属夹杂物带到结晶器 深处, 易被凝固的钢水 /坯壳界面捕获, 导致铸坯中 形成皮下气孔等缺陷 [ 3] .因此, 如何优化和控制结 晶器内吹氩条件下的钢水流动行为, 保证连铸坯的 DOI :10 .13374 /j .issn1001 -053x .2010 .10 .005