D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.06.006 第21卷第6期 北京科技大学学报 Vol.21 No.6 1999年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.1999 薄板坯结晶器内卷渣现象的研究 包燕平朱建强蒋伟王昌旭田乃媛徐保美 北京科技大学冶金学院，北京100083 摘要基于相似原理，采用1：】的水模型，模拟了薄板坯连铸结晶器内钢液一保护渣界面的流场， 通过采用$G200水工数据采集系统对液面波动进行了定量测量.结合流场显示研究了薄板坯连铸 结晶器内钢液的卷渣机理，得出了薄板坯连铸结晶器内钢液的主要卷渣方式为旋涡卷渣和剪切卷 渣.研究了各工艺参数，即水口类型、浸入深度、水口出口倾角、拉速等，对保护渣卷入量、卷入方式、 卷入深度的影响。 关键词薄板坯连铸：水模型；结晶器；卷渣 分类号TF777 薄板坯连铸因铸坯厚度薄而带来了一系列 考虑模型与原型的Re,Fr数相等，通过计算采用 问题.从避免保护渣卷入到钢液中的角度出发， 1:1的水模型.实验整体装置图如图1所示，实验 涉及到：()由于铸坯厚度薄，宽厚比增大，铸坯 采用的水口类型如图2所示，本实验模拟漏斗型 表面积增大，相应地对起润滑和传热作用的液态 结晶器，结晶器断面为1200mm×50mm,如图3 保护渣的需求量也随之增大：(2)由于结晶器开口 所示. 度减小，固态保护渣熔化的空间随之减小，同时 也增大了液面紊流，易于把保护渣卷入钢液：(3) ,循环水管 高拉速增大了液面波动，加剧了卷渣现象，并使 中间包 卷入的渣不易于上浮. sG200水工 滑动水口 从理化性能考虑，薄板坯连铸保护渣必须具 数据采集系统 转子流量计 有：(1)良好的润滑作用：(2)能迅速熔化：(3)能吸 结晶器 b阀门 收上浮到钢水液面上的夹杂物.为此保护渣应具 有较低的粘度和熔融温度、合适的碱度及较快的 熔化速度等物理特性2訓. 水泵 同时，结晶器流场对保护渣的熔化、润滑、卷 排水管 入具有重大的影响作用.各工艺参数（浸入深度、 图1实验装备 出口倾角、水口类型及拉速等)均对保护渣的卷 入具有明显的影响.本文正是基于对流场的分 析，探讨了保护渣卷入结晶器流场的方式及分析 了各工艺参数对卷渣的影响. 功U 1实验方案 根据相似原理，考虑到结晶器中钢一渣界面 图2水口类型(a)双侧孔，(b)倒V型，(c)T型 处既有射流引起的受迫运动，又有重力引起的自 考虑到薄板坯连铸拉速高，为真实模拟钢一 由流动，即惯性力、重力及粘性力占支配地位，因 渣界面，进行了大量的预备实验，发现如果仅用 此本实验采用Re数和Fr数为相似准则，模拟时 液体石蜡或用聚氯乙烯粒子来模拟保护渣，均不 具有可拟性；当把聚乙烯粒子和液体石蜡结合使 199907-05收稿包燕平男，35岁，副教授 *国家"九五"重点攻关项目N0.955230104) 用，具有非常好的卷渣效果，和实际情况相似.因第 21 卷 第 6 期 1 9 9 9 年 12 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s i t y o f S e i e n e e a n d eT e h n o l o gy B e 小n g V匕1.2 1 N 0 . 6 D 即 . 1 99 9 薄板坯结晶器 内卷渣现象的研究 包燕平 朱建强 蒋 伟 王 昌旭 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 :l 的水模 型 , 模拟 了薄板坯连铸结晶器内钢液一 保护渣界面的流场 , 通过采 用 S G 2 0 水 工数据采 集系统对液面波动进行 了定量测量 . 结合流场显示研究了薄板坯连铸 结晶器 内钢液的卷渣机理 , 得 出了薄板坯连铸 结晶器 内钢液的主要卷渣方式为旋涡卷渣和剪切卷 渣 . 研 究了各工 艺参数 , 即水 口类 型 、 浸入深度 、 水 口 出 口倾角 、 拉速等 , 对保护渣卷入量 、 卷入方式 、 卷入深度的影响 . 关键词 薄板坯连铸 ; 水模型 ; 结 晶器 ; 卷渣 分类号 T F 7 7 7 薄板坯连 铸 因铸坯 厚度薄而带来 了 一 系列 问题 「` , . 从避免保护渣卷入到钢液中的角度 出发 , 涉及到 : ( l) 由于 铸坯厚度薄 , 宽厚 比增大 , 铸坯 表面积增大 , 相应地对起润滑和 传热作用的液态 保护渣 的需求量也随之增大 ; (2) 由于 结晶器开 口 度减小 , 固态保护渣熔化的空 间随之减小 , 同时 也增大了液面紊流 , 易于 把保护渣卷入钢 液 ; ( 3) 高拉速增大 了液面波动 , 加剧 了卷渣现象 , 并使 卷入 的渣不 易于上浮 . 从理化性能考虑 , 薄板坯连铸保护渣必须具 有 : ( l) 良好 的润滑作用 ; (2 ) 能迅速熔化 ; ( 3 ) 能吸 收上浮到钢 水液面上 的夹杂物 . 为此保护渣应具 有较低 的粘度和 熔融温度 、 合适 的碱度及较快的 熔化速度等物理特性2[,3] . 同时 , 结晶器流场对保护渣 的熔化 、 润滑 、 卷 入具有重大 的影响作用 . 各工艺 参数 ( 浸入深度 、 出口 倾角 、 水 口 类型及拉速等 ) 均对保护渣 的卷 入具有 明显 的影 响 . 本文 正 是 基 于 对流场的分 析 , 探讨 了保护渣卷入结晶器流场的方式及分 析 了各工 艺参数对卷渣的影 响 . 考虑模型与原型的 Re , rF 数相等 , 通过计算采用 1 : 1 的水模型 . 实验整体装置 图如图 1 所示 , 实验 采用的水口类型如图 2 所示 . 本实验模拟漏斗型 结晶器 , 结晶器断面为 1 2 0 mnI 、 50 lnI , 如图 3 所示 . S G 20 0 水工 数据采集系统 }} U 压. n 循环水管 中间包 滑动水口 转子流量计 结晶器 阀门 水泵 排 水管 图 1 实验装备 1 实验方案 根据相似原理 , 考虑 到 结晶器 中钢 一渣 界面 处 既有射流 引起的受迫运动 , 又有重力引起的 自 由流动 , 即惯性力 、 重力及粘性力 占支配地位 , 因 此本实验采用 R e 数和 rF 数为相似准则 , 模拟 时 U 19 9 9 一 0 7 一 0 5 收稿 包燕平 男 , 35 岁 ,副教授 * 国家 ” 九五 ” 重点攻关项 目(N 。 . 95 523 01 04 图 2 水 口类型( a ) 双侧孔 , ( b )倒 V 型 , ( e ) T 型 考虑到薄板坯连铸拉速高 , 为真实模拟钢 一 渣界面 , 进行了大量的预备实验 , 发现如果仅用 液体石蜡或用聚氯乙 烯粒子来模拟保护渣 , 均不 具有可拟性 ; 当把聚 乙烯粒子 和液体石蜡结合使 用 , 具 有非 常好 的卷渣效果 , 和 实际情况相似 . 因 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1999. 06. 006