第36卷第9期 北京科技大学学报 Vol.36 No.9 2014年9月 Journal of University of Science and Technology Beijing Sep.2014 凝固还壳对高拉速板坯连铸结晶器液面特征的影响 邓小旋)四，黄琦)，王新华2)，李林平)，季晨曦)，朱国森) 1)首钢技术研究院，北京1000432)北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-meil:dxx042@163.com 摘要采用1：1的水模型研究了高拉速条件下凝固坯壳对结晶器内的流场与液面特征的影响.结果表明：考虑凝固坯壳时 结晶器内的流场出现了轻微的不对称现象，在高拉速条件下(2.4m·min'),有坯壳时结晶器液面最大平均波高与表面流速 比没有坯壳时分别大31%和35%，对比有/无坯壳条件下自由液面形状可知：考虑凝固坯壳之后的液面变形程度比没有考虑 时更大，更易导致卷渣的发生.液面波动的功傅里叶变换分析表明：考虑坯壳之后结晶器液面的高频率波动的振幅大于无坯 壳的情形，所以考虑坯壳之后由于结晶器下部内腔变小，更多的流股能量集中在上回流区，使得上回流的湍流程度比无坯壳 时要大，进而导致了液面波动与表面流速的增大.因此，为了缩小与实际连铸过程的差别，在高拉速的物理模拟中有必要考虑 凝固坯壳的影响 关键词连铸：结晶器；凝固坯壳；水模拟；高速 分类号T℉777.1 Effect of solidified shell on level characteristics in continuous casting slab molds for high speed casting DENG Xiao-xan,HUANG Qi,WANG Xin-hua,LI Lin-ping,JI Chen-xi),ZHU Guo-sen") 1)Shougang Technology Research Center,Shougang Corporation,Beijing 100043,China 2)School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:dxx042@163.com ABSTRACT A full scale water model of continuous casting was built to investigate the effect of solidified shell on fluid flow and level characteristics under high speed casting.It is found that a slight asymmetry of fluid flow occurs in the model with solidified shell.Fur- thermore,the average level fluctuation and the meniscus velocity of the mold with solidified shell is 31%and 35%larger than those without solidified shell at a high casting speed of 2.4mmin,respectively.The deformation of the top level profile of the mold with solidified shell is also larger than that without solidified shell,which can be vulnerable to slag entrapment.In addition,the fast Fourier transformation analysis of level oscillation shows that the amplitude of high frequency fluctuation in the mold with solidified shell is lar- ger than that without solidified shell due to a narrower space in the lower part of the mold,indicating that a more turbulence energy ex- ists in the upper recirculation zone than that without solidified shell and thus results in a higher level fluctuation and a larger surface ve- locity.So taking solidified shell into consideration is necessary to minimize the difference between the model and actual steel casters. KEY WORDS continuous casting;molds;solidified shell;water modeling;high speed 高拉速连铸因其高效和低成本一直是冶金工作5"连铸机拉速已经达到了3m·min[).研究表明： 者追求的目标.高拉速连铸应用最成功的是日本钢 除了设备之外，限制高拉速连铸的主要原因是保护 厂，早在20世纪70年代，日本NKK福山厂（今 渣夹杂物的卷人和表面纵裂的产生「2]，前者主要针 JFE,下同)的2板坯连铸机的拉速就达到了2m· 对冷轧薄板钢种21，而后者主要针对中碳的包晶 min).到20世纪90年代，日本NKK福山厂的 钢)，本文仅讨论冷轧薄板类钢种，主要包括低碳 收稿日期：2013-07-03 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.09.017;http://jourals.ustb.edu.cn第 卷 第 期 北 京 科 技 大 学 学 报 年 月 凝 固 坯 壳 对 高 拉 速 板坯 连 铸结 晶 器 液 面特征 的 影 响 邓 小 旋 ， 黄 椅 ， 王新华 ， 李 林平 ， 季晨曦 朱 国 森 首钢技术研究 院 ， 北 京 北 京 科技 大学 冶 金 与 生 态 工 程学 院 ， 北京 通 信作者 ， 摘 要 采用 的 水模型研究 了 高拉速条件下凝 固 坯壳对结晶 器 内 的 流场与 液 面特征 的 影 响 结果表 明 ： 考虑凝 固 坯壳 时 结晶 器 内 的 流场 出 现 了 轻微 的 不对称现象 在髙拉速条件下 有 坯壳 时结 晶 器液 面最 大平均 波高 与 表 面 流 速 比 没有坯壳 时分别 大 和 对 比有 无坯壳条件下 自 由 液面形状可知 ： 考虑凝 固 坯壳之后 的 液面变形 程度 比没有 考虑 时更大 ， 更易 导致卷渣 的 发生 液面波动 的 功傅里 叶变换分析表 明 ： 考虑坯壳之后结 晶 器液 面 的 高 频率波动 的 振 幅大于无坯 壳 的 情形 所 以 考虑坯壳之后 由 于结 晶 器下部 内 腔变小 更 多 的 流股能量集 中 在 上 回 流 区 使得上 回 流 的 湍 流程 度 比 无坯壳 时要大 ， 进而导致 了 液面 波动与 表面流速 的增 大 因此 为 了 缩小与 实 际连铸过程 的差别 在 高拉速 的 物理模拟 中 有 必要 考虑 凝 固 坯壳的影 响 关键词 连铸 ； 结 晶器 ； 凝 固 坯壳 ； 水模拟 ； 高速 分类号 ’ ’ 、 ’ ’ 同 ： ， ， ； ； ； ； 高拉速连铸 因 其高效和低成本一直是冶金工作 连铸机拉速 已 经达到 了 研究 表 明 ： 者追求 的 目 标 高拉速连铸应用最成功 的是 日 本钢 除 了 设备之外 ， 限 制 高 拉速连 铸 的 主要 原 因 是保护 厂 ， 早 在 世 纪 年 代 ， 日 本 福 山 厂 （ 今 渣夹杂物 的卷人和 表 面纵裂 的 产生 ， 前者 主要针 下 同 ） 的 板坯 连 铸 机 的 拉速 就 达 到 了 对冷轧薄 板 钢 种 ， 而 后 者 主 要 针 对 中 碳 的 包 晶 到 世 纪 年代 ， 日 本 福 山 厂 的 钢 本文仅讨论冷 轧 薄 板类钢 种 ， 主 要 包括低碳 收稿 日 期 ： ； ：