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D0I:10.13374/1.issnl00103.2007.08.011 第29卷第8期 北京科技大学学报 Vol.29 No.8 2007年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug:2007 F数计算及其与板坯连铸结晶器内钢水卷渣的关系 陆巧彤王新华于会香张炯明王万军 北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 摘要为了控制板坯连铸结晶器内钢水的卷渣，提出一种用结晶器流场数值模拟计算结果对前人研究出的液面波动指数 F数进行计算的方法，研究了F数与液面波动及板坯浇注工艺参数的关系·研究表明：从结晶器流场的数值模拟计算结果中 调用相应的计算F数所需的参数，可以方便地计算出F数·调整浇注工艺参数将F数控制在3一5就可以将液面波动控制在 士(3~5)mm的合理范围内，从而减小或避免结晶器内的卷渣， 关键词板坯连铸；结晶器：F数；卷渣 分类号TF777.1 随着纯净钢冶炼技术的提高，钢中杂质元素含 中，探讨了计算F数的新方法.研究了各工艺参数 量已能降至很低，而连铸结晶器保护渣卷入钢液被 与F数之间的关系，从而达到通过控制F数的取值 坯壳捕捉造成的表面缺陷就成为影响冷轧钢板表面 范围来控制板坯连铸结晶器内钢水卷渣的目的， 质量的重要因素.因此，找到一种便捷的方法一 仅通过改变连铸工艺参数就能控制板坯连铸结晶器 1F数概述 内钢水的卷渣一是十分必要的，对纯净钢生产更 手鸣俊雄等可采用1：3的水模型研究结晶器液 是具有重要意义， 面波动、表面流速等对结晶器卷渣的影响，提出采用 对结晶器内流场的研究国内外学者大多集中在 F数来评价结晶器钢水卷渣情况，F数的计算公式 用水模拟钢液在结晶器内的流动特征及流场的影响 如下： 因素[]：前人的研究虽然有的将自由表面的波幅 F=0L V(1-sin 0) 与工艺参数联系起来给出计算式[]，有的给出了自 4D (1) 由表面波动处于稳定时水口出口速度的表达式[8]， 所需参数的计算公式为： 但这些指标或表达式计算起来比较困难，并且没有 y=(ai+biatcis+dias)G1x2- 将其与实际生产中铸坯的缺陷率联系起来，不能直 (a2+b2a+c2S+d2 as)G2x (2) 接应用在生产实践中、在该方向的研究中，日本 G=en-0i0s(90-o月 123 (3) NKK公司定义了反应结晶器内钢水表面波动的指 数一F数[9)，并可以通过控制F数的取值范围来 V=AW'Od(1/cosa)"exp(BQg) (4) 控制结晶器卷渣；欲得到F数，必须首先得到钢水 式中P为钢水的密度，kgm3;Q1为钢水的流量， 流到达结晶器窄边处的碰撞速度V。、碰撞角度0和 m3s1;V。为钢水撞击结晶器窄边的速度，ms1； 碰撞处钢水深度D,而获得这些参数目前尚无较简 0为钢水撞击结晶器窄边的角度，°；D为撞击点与 便的方法，因此，在生产高表面质量要求的纯净钢 自由面之间的距离，m:a为浸入式水口出口角度，°； 时，找到一种适合实际生产的计算F数的新方法， x、y为以浸入式水口出口中心为原点的水平和垂 并且通过控制F数的取值范围来控制结晶器卷渣 直距离（用以标识水口出流的轨迹），m;S为水口出 以提高铸坯表面质量具有重要意义， 口平均面积，m；Qg为水口吹氩流量体积速率， 本文结合某钢厂板坯连铸现场生产实际情况， m3s-1;W为结晶器宽度，mm;d为水口直径，m; 运用大型商业软件CFX5.7.1对板坯结晶器内钢液 A,B,l,m,n,P,a,bi,c,d,5,号，3，， 流场进行了模拟，将模拟结果运用到F数的计算 (=1,2)是由浸入式水口决定的计算系数 收稿日期：2006-03-18修回日期：2006-07-11 式中各符号的物理意义如图1所示，研究表 基金项目：国家经贸委资助项目 明，F数在3~5时10]，结晶器钢水卷渣最不容易发 作者简介：陆巧彤(1971一)：女，工程师，博士研究生；王新华 (1951一)，男，教授，博士生导师 生，铸坯及冷轧板的表面缺陷最小，F 数计算及其与板坯连铸结晶器内钢水卷渣的关系 陆巧彤 王新华 于会香 张炯明 王万军 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 摘 要 为了控制板坯连铸结晶器内钢水的卷渣提出一种用结晶器流场数值模拟计算结果对前人研究出的液面波动指数 F 数进行计算的方法研究了 F 数与液面波动及板坯浇注工艺参数的关系．研究表明：从结晶器流场的数值模拟计算结果中 调用相应的计算 F 数所需的参数可以方便地计算出 F 数．调整浇注工艺参数将 F 数控制在3～5就可以将液面波动控制在 ±（3～5） mm 的合理范围内从而减小或避免结晶器内的卷渣． 关键词 板坯连铸；结晶器；F 数；卷渣 分类号 TF777∙1 收稿日期：2006-03-18 修回日期：2006-07-11 基金项目：国家经贸委资助项目 作者简 介：陆 巧 彤 （1971—）女工 程 师博 士 研 究 生；王 新 华 （1951—）男教授博士生导师 随着纯净钢冶炼技术的提高钢中杂质元素含 量已能降至很低而连铸结晶器保护渣卷入钢液被 坯壳捕捉造成的表面缺陷就成为影响冷轧钢板表面 质量的重要因素．因此找到一种便捷的方法——— 仅通过改变连铸工艺参数就能控制板坯连铸结晶器 内钢水的卷渣———是十分必要的对纯净钢生产更 是具有重要意义． 对结晶器内流场的研究国内外学者大多集中在 用水模拟钢液在结晶器内的流动特征及流场的影响 因素［1—6］；前人的研究虽然有的将自由表面的波幅 与工艺参数联系起来给出计算式［7］有的给出了自 由表面波动处于稳定时水口出口速度的表达式［8］ 但这些指标或表达式计算起来比较困难并且没有 将其与实际生产中铸坯的缺陷率联系起来不能直 接应用在生产实践中．在该方向的研究中日本 NKK 公司定义了反应结晶器内钢水表面波动的指 数———F 数［9］并可以通过控制 F 数的取值范围来 控制结晶器卷渣；欲得到 F 数必须首先得到钢水 流到达结晶器窄边处的碰撞速度 V e、碰撞角度θ和 碰撞处钢水深度 D而获得这些参数目前尚无较简 便的方法．因此在生产高表面质量要求的纯净钢 时找到一种适合实际生产的计算 F 数的新方法 并且通过控制 F 数的取值范围来控制结晶器卷渣 以提高铸坯表面质量具有重要意义． 本文结合某钢厂板坯连铸现场生产实际情况 运用大型商业软件 CFX5．7∙1对板坯结晶器内钢液 流场进行了模拟将模拟结果运用到 F 数的计算 中探讨了计算 F 数的新方法．研究了各工艺参数 与 F 数之间的关系从而达到通过控制 F 数的取值 范围来控制板坯连铸结晶器内钢水卷渣的目的． 1 F 数概述 手鸣俊雄等［5］采用1∶3的水模型研究结晶器液 面波动、表面流速等对结晶器卷渣的影响提出采用 F 数来评价结晶器钢水卷渣情况．F 数的计算公式 如下： F＝ ρQL V e（1—sinθ） 4D （1） 所需参数的计算公式为： y＝（ a1＋b1α＋c1S＋ d1αS） G1x 2— （ a2＋b2α＋c2S＋ d2αS） G2x （2） Gi＝exp —ζiQ ξ 1 i L Q ξ 2 i g S ξ 3 i（90—α） ξ 4 i （3） V e＝ A W lQ m L d P （1／cosα） n exp（BQg） （4） 式中 ρ为钢水的密度kg·m —3 ；QL 为钢水的流量 m 3·s —1 ；V e 为钢水撞击结晶器窄边的速度m·s —1 ； θ为钢水撞击结晶器窄边的角度°；D 为撞击点与 自由面之间的距离m；α为浸入式水口出口角度°； x、y 为以浸入式水口出口中心为原点的水平和垂 直距离（用以标识水口出流的轨迹）m；S 为水口出 口平均面积m 2 ；Qg 为水口吹氩流量体积速率 m 3·s —1 ；W 为结晶器宽度mm；d 为水口直径m； ABlmnpaibicidiξiξ1 iξ2 iξ3 i ξ4 i（ i＝12）是由浸入式水口决定的计算系数． 式中各符号的物理意义如图1所示．研究表 明F 数在3～5时［10］结晶器钢水卷渣最不容易发 生铸坯及冷轧板的表面缺陷最小． 第29卷 第8期 2007年 8月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．8 Aug．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．08．011