第9期 孙海波等：注流方式对大方坯连铸结晶器内钢水流动与温度状态影响 .1135, 0.8 图，流线图可以直观反映新鲜钢水从水口进入结晶 0.7 器后的流动轨迹，由图可知，较其他两种水口，四分 0.6 且0.5 切向水口浇铸条件下，钢水在结晶器内的行程最长， 且停留时间最长，最长可达213s这为夹杂物和气 0.30.223mg 泡碰撞、长大、上浮及其去除提供良好的物理环境， 0,2 实际出口 0.1 位置 从图中还可以看出：在使用四分切向水口浇铸时，钢 0 0.20.40.60.81.01.214 水从侧孔流出后，不仅在结晶器内形成上、下两股水 距水口出口距离m 平旋流，且向上的水平旋流在9s左右内到达钢液 图4直通式水口结晶器中心轴方向上的钢水速度 面；而采用其他两种水口时，到达钢液面的时间分别 Fig 4 Velcity of molten steel abng the moul central axis while 约为38s和18s这将有利于提高夹杂物去除率 using a sngle straight SEN 3.3结晶器内钢液面形状比较 3.2结晶器内钢水流线及其停留时间分布图比较 图6~图8分别为结晶器内钢水浇铸达到稳态 图给出了三种水口条件下结晶器钢水流线 时，不同水口对应的宽、窄面对称面上钢水体积分数 为0.6的自由液面特征曲线和速度分布情况，其中 时间s 时间s 该曲线的以初始设置Z=0.1m为基准高度，并定义 时间s 自由液面曲线的最高点与最低点的距离为波高差. 由图6~图8可见，在相同的条件下，三种不同类型 16391058 水口对自由液面波动影响差别不大，其波高差都在 士lmm内，钢液面基本呈水平面，液面最大速度为 0.01~0.02m·s.表4给出了不同水口浇铸条件 下结晶器宽、窄面对称面上的自由液面波高差和最 大速度.由表4可知，宽、窄面对称面上钢水自由液 面的波高差和最大速度值基本相等，这是由于宽面 和窄面的尺寸大小相当引起的.其中，采用四分切 (a) b 向水口时，宽、窄面对称面上的钢液面波高差最小， 图5三种不同水口条件下结晶器钢水流线及停留时间分布图. 因此在该工况下，卷渣的发生几率也将最小；但其液 (a)直通式；(b)四分径向水口：(c)四分切向水口 Fig 5 Streamn line and residence tie distribution (RTD)of molten 面速度却最大，这是由于水平旋流平衡了钢水在弯 steel in the bloa mol while usng different SENs (a)straight sin 月面处Z方向上的速度，因此，该四分切向水口浇 gle SEN:(b)quad-fumated SEN w ith outlets in radialdirection (c) 铸条件下，可以避免钢水弯月面处形成流动死区，也 quad-furcated SEN w ith outlets in tangential dirction 有助于进一步抑制弯月面处的液面波动， (a) 12 b) -0.1 -0.1 110 -0.2 8 -0.2 8 -0.3 -0.3 -0.4 -0.4 -0.5 ·一液面高度 -0.5 4 ·液面速度 2 -0.6 ·一液面高度 -0.6 0 -0.7 +一液面速度 0 0.040.060.080.100.120.14 -0.8 0.16 .04 0.060.08 0.100.120.14 相对水口中心线距离m 相对水口中心线距离m 图6直通式水口结晶器对称面上自由液面特征与钢水速度分布。()宽面对称面：(b)窄面对称面 Fig6 Liuid level contour and velocity at the free surface on the symmetric planes with a single straight SEN:(a)symmetric plane on the w de side (b)symmetric plane on the narrow sie第 9期 孙海波等： 注流方式对大方坯连铸结晶器内钢水流动与温度状态影响 图 4 直通式水口结晶器中心轴方向上的钢水速度 Ｆｉｇ．4 Ｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｍｏｌｔｅｎｓｔｅｅｌａｌｏｎｇｔｈｅｍｏｕｌｄｃｅｎｔｒａｌａｘｉｓｗｈｉｌｅ ｕｓｉｎｇａｓｉｎｇｌｅｓｔｒａｉｇｈｔＳＥＮ 3∙2 结晶器内钢水流线及其停留时间分布图比较 图5给出了三种水口条件下结晶器钢水流线 图 5 三种不同水口条件下结晶器钢水流线及停留时间分布图． （ａ） 直通式；（ｂ） 四分径向水口；（ｃ） 四分切向水口 Ｆｉｇ．5 Ｓｔｒｅａｍｌｉｎｅａｎｄｒｅｓｉｄｅｎｃｅｔｉｍｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ（ＲＴＤ） ｏｆｍｏｌｔｅｎ ｓｔｅｅｌｉｎｔｈｅｂｌｏｏｍｍｏｌｄｗｈｉｌｅｕｓｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔＳＥＮｓ：（ａ） ｓｔｒａｉｇｈｔｓｉｎ- ｇｌｅＳＥＮ；（ｂ）ｑｕａｄ-ｆｕｒｃａｔｅｄＳＥＮｗｉｔｈｏｕｔｌｅｔｓｉｎｒａｄｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎ；（ｃ） ｑｕａｄ-ｆｕｒｃａｔｅｄＳＥＮｗｉｔｈｏｕｔｌｅｔｓｉｎｔａｎｇｅｎｔｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎ 图．流线图可以直观反映新鲜钢水从水口进入结晶 器后的流动轨迹．由图可知‚较其他两种水口‚四分 切向水口浇铸条件下‚钢水在结晶器内的行程最长‚ 且停留时间最长‚最长可达 213ｓ‚这为夹杂物和气 泡碰撞、长大、上浮及其去除提供良好的物理环境． 从图中还可以看出：在使用四分切向水口浇铸时‚钢 水从侧孔流出后‚不仅在结晶器内形成上、下两股水 平旋流‚且向上的水平旋流在 9ｓ左右内到达钢液 面；而采用其他两种水口时‚到达钢液面的时间分别 约为 38ｓ和 18ｓ‚这将有利于提高夹杂物去除率． 3∙3 结晶器内钢液面形状比较 图 6～图 8分别为结晶器内钢水浇铸达到稳态 时‚不同水口对应的宽、窄面对称面上钢水体积分数 为 0∙6的自由液面特征曲线和速度分布情况．其中 该曲线的以初始设置 Ｚ＝0∙1ｍ为基准高度‚并定义 自由液面曲线的最高点与最低点的距离为波高差． 由图 6～图 8可见‚在相同的条件下‚三种不同类型 水口对自由液面波动影响差别不大‚其波高差都在 ±1ｍｍ内‚钢液面基本呈水平面‚液面最大速度为 0∙01～0∙02ｍ·ｓ —1．表 4给出了不同水口浇铸条件 下结晶器宽、窄面对称面上的自由液面波高差和最 大速度．由表 4可知‚宽、窄面对称面上钢水自由液 面的波高差和最大速度值基本相等‚这是由于宽面 和窄面的尺寸大小相当引起的．其中‚采用四分切 向水口时‚宽、窄面对称面上的钢液面波高差最小‚ 因此在该工况下‚卷渣的发生几率也将最小；但其液 面速度却最大‚这是由于水平旋流平衡了钢水在弯 月面处 Ｚ方向上的速度．因此‚该四分切向水口浇 铸条件下‚可以避免钢水弯月面处形成流动死区‚也 有助于进一步抑制弯月面处的液面波动． 图 6 直通式水口结晶器对称面上自由液面特征与钢水速度分布．（ａ） 宽面对称面；（ｂ） 窄面对称面 Ｆｉｇ．6 ＬｉｑｕｉｄｌｅｖｅｌｃｏｎｔｏｕｒａｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙａｔｔｈｅｆｒｅｅｓｕｒｆａｃｅｏｎｔｈｅｓｙｍｍｅｔｒｉｃｐｌａｎｅｓｗｉｔｈａｓｉｎｇｌｅｓｔｒａｉｇｈｔＳＥＮ：（ａ） ｓｙｍｍｅｔｒｉｃｐｌａｎｅｏｎｔｈｅｗｉｄｅ ｓｉｄｅ；（ｂ） ｓｙｍｍｅｔｒｉｃｐｌａｎｅｏｎｔｈｅｎａｒｒｏｗｓｉｄｅ ·1135·