D01:10.133741.isml00103x.2009.02.009 第31卷第2期 北京科技大学学报 Vol.31 No.2 2009年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Fb.2009 宽板坯连铸结晶器内液面波动的数值模拟 刘国林吴苏州张炯明王万军王新华 北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 摘要以安钢宽板坯连铸为研究对象，采用大型商业软件ANSYS CFX1OO,应用VOF法重点研究浸入式水口倾角、拉速、 铸坯断面宽度等工艺参数对结晶器内自由表面液面波动的影响.结果表明：随着结晶器宽度从1800mm增大到3250mm,结 晶器内液面平均波高明显降低.当宽度为1800mm时，结晶器保护渣-钢液界面平均波高为5.33mm:当宽度增至3250mm 时，平均波高为7.08mm. 关键词结晶器浸入式水口：液面波动：数值模拟 分类号TF777 Numerical simulation on the surface fluctuation of molten steel in a wide slab con- tinuous casting mold LIU Guo-lin,WU Su-zhou.ZHANG Jiong-ming,WANG Wan-jun.WANG Xin-hua School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Techmology Beijing Beijing 100083.China ABSTRACT The effect of the angle of submerged entry nozzles,casting speed,and crosssection w idth of slabs on the surface fluc- tuation in a mold of Anyang Iron Steel was researched with the VOF model of commercial sof tw are ANSYS CFX10.0.The results show that with the mold w idth increasing from 1 800 mm to 3250mm.the average w ave height of liquid level in the mold decreases significantly.When the width is 1800 mm.the average wave height of the mold flux-molten steel interface is 5.33mm;when the width is 3250 mm.the average wave height is 7 08 mm. KEY WORDS mold;submerged entry nozzle (SEN);level fluctuation;numerical simulation 连铸结晶器内液面波动不仅关系到保护渣的熔 坚等1应用SOLA-VOF方法研究了板坯连铸结 化行为，还会对夹杂物的分布产生重要影响.自由 晶器自由表面的形状及钢水流动行为，计算得出了 表面波动过于剧烈，则会产生卷渣等缺陷：自由表面 具有实际物理意义的液位波动值.本文采用大型商 波动过于平静熔渣不易起到吸渣及润滑等作用. 业软件ANSYS CFX1O.0将k一e湍流模型与多相 生产中通常要求将液面波动控制在一定范围内.实 流模型耦合计算，以安钢(1600~3250)mm×150 际研究结晶器内液面波动的影响规律较困难，目前mm宽板坯连铸结晶器为研究对象，采用VO法重 的研究方法大多采用水模拟实验.长期以来，采用 点研究浸入式水口倾角、拉速和铸坯断面宽度等工 数值模拟结晶器流场时通常将钢液自由表面处理为 艺参数对结晶器内自由表面液面波动的影响. 平界面，通常都未考虑自由表面的波动情况， 1数值计算方法 蔡开科等，通过水模拟实验研究了水口及结晶器 结构参数对液位波动的影响.Thomas等8采用紊 1.1基本假设 流动能方法计算了连铸板坯结晶器的液面波动，通 由于实际连铸结品器钢液和保护渣的流动是十 过商业软件CFX可以描述钢水自由表面形状，但在 分复杂的物理化学过程，根据其特征对结晶器内流 新型结晶器与水口及特殊工艺方面功能不足.谭利 体及其流动过程作以下假设：认为结晶器内钢液是 收稿日期：200807-26 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。.50674013) 作者简介：刘国林(1966一）男，教授级高工，博士研究生；王新华(192-一)男，研究员，博士生导师，上naik w angxinhua@metall.ustb.au.m宽板坯连铸结晶器内液面波动的数值模拟 刘国林 吴苏州 张炯明 王万军 王新华 北京科技大学冶金与生态工程学院, 北京 100083 摘 要 以安钢宽板坯连铸为研究对象, 采用大型商业软件 ANSYS CFX10.0, 应用 VOF 法重点研究浸入式水口倾角、拉速、 铸坯断面宽度等工艺参数对结晶器内自由表面液面波动的影响.结果表明:随着结晶器宽度从 1 800 mm 增大到 3 250 mm, 结 晶器内液面平均波高明显降低.当宽度为 1 800 mm 时, 结晶器保护渣-钢液界面平均波高为 5.33 mm ;当宽度增至 3 250 mm 时, 平均波高为 7.08 mm . 关键词 结晶器;浸入式水口;液面波动;数值模拟 分类号 TF777 Numerical simulation on the surface fluctuation of molten steel in a wide slab con￾tinuous casting mold LIU Guo-lin , WU S u-zhou, ZHANG Jiong-ming, WANG Wan-jun, WANG Xin-hua S chool of Metallurgical and Ecological Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, C hina ABSTRACT The effect of the angle of submerged entry nozzles, casting speed, and cross-section w idth of slabs on the surface fluc￾tuation in a mold of Anyang Iron &Steel was researched w ith the VOF model of commercialsof tw are ANSYS CFX10.0 .The results show that with the mold w idth increasing from 1 800 mm to 3 250mm, the averag e w av e height of liquid level in the mold decreases significantly .When the width is 1 800 mm, the averag e wave heig ht o f the mold flux-molten steel interface is 5.33 mm ;when the w idth is 3 250 mm, the average wave heig ht is 7.08 mm . KEY WORDS mold ;submerged entry nozzle ( SEN) ;level fluctuation ;numerical simulatio n 收稿日期:2008-07-26 基金项目:国家自然科学基金资助项目( No .50674013) 作者简介:刘国林( 1966—) 男, 教授级高工, 博士研究生;王新华( 1952—) 男, 研究员, 博士生导师, E-mail:w angxinhua@metall.ustb.edu.cn 连铸结晶器内液面波动不仅关系到保护渣的熔 化行为, 还会对夹杂物的分布产生重要影响.自由 表面波动过于剧烈, 则会产生卷渣等缺陷;自由表面 波动过于平静, 熔渣不易起到吸渣及润滑等作用 . 生产中通常要求将液面波动控制在一定范围内 .实 际研究结晶器内液面波动的影响规律较困难, 目前 的研究方法大多采用水模拟实验.长期以来, 采用 数值模拟结晶器流场时通常将钢液自由表面处理为 平界面, 通常都未考虑自由表面的波动情况[ 1-6] . 蔡开科等[ 7] 通过水模拟实验, 研究了水口及结晶器 结构参数对液位波动的影响 .Thomas 等[ 8] 采用紊 流动能方法计算了连铸板坯结晶器的液面波动, 通 过商业软件 CFX 可以描述钢水自由表面形状, 但在 新型结晶器与水口及特殊工艺方面功能不足 .谭利 坚等[ 8-11] 应用 SOLA-VOF 方法研究了板坯连铸结 晶器自由表面的形状及钢水流动行为, 计算得出了 具有实际物理意义的液位波动值.本文采用大型商 业软件ANSYS CFX10.0 将 k -ε湍流模型与多相 流模型耦合计算, 以安钢( 1 600 ～ 3 250) mm ×150 mm 宽板坯连铸结晶器为研究对象, 采用 VOF 法重 点研究浸入式水口倾角 、拉速和铸坯断面宽度等工 艺参数对结晶器内自由表面液面波动的影响. 1 数值计算方法 1.1 基本假设 由于实际连铸结晶器钢液和保护渣的流动是十 分复杂的物理化学过程, 根据其特征对结晶器内流 体及其流动过程作以下假设 :认为结晶器内钢液是 第 31 卷 第 2 期 2009 年 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .31 No.2 Feb.2009 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2009.02.009