第2期 刘国林等：宽板坯连铸结晶器内液面波动的数值模拟 ·231。 红线所示)，该曲线可表征自由液面的形状. 2结果与讨论 2.1拉速对结晶器内液面波动的影响 图3为结晶器宽度为2300mm、水口倾角为 一15°、水口浸入深度为120mm及水口出口面积为 100mm×42mm时，不同拉速条件下计算得到的结 晶器流场形态图，图中液面处红线显示的即为结晶 器保护渣一钢液界面形状.由图可见.随着拉速的 图2结晶器保护渣一钢液界面形状 增加，水口和结晶器内整个的流场速度相应提高，钢 Fig 2 Shape of the mold flux-molten steel interface 液自由表面变形幅度明显增加 Steel superficial velocity Stcel superficial velocity (Vector 1) a (Vector 1) (b) ■1207×10 ■1510×10P 9.055×104 1.132×10 6.037×10 7550×10 3.018×10 3.775×10 0 0 (ms力 (m.s) Steel superficial velocity Steel superficial velocity (Vector 1) (e) Vector 1) ■1812×10 ■209×10 1359×109 1.574×10 9.061×10 1.050×10 4530×10H 5248×101 0 0 (m.s) (m.s) Steel superficial velocity Vector 1) ■2415×10 1.812×10 1.208×10° 6.039×10H (m.s) 图3不同拉速下结晶器内流场形态及自由表面形状.(a)08mmin:(b)1.0m"mim:(dL2mmin':(dL4m"min-:(eL6 m'min- Fig 3 Flow fiel forms and free surface shapes in the mold at different casting speeds:(a)0.8m'min;(b)1.0m'min;(c)1.2m'min; (d)1 4m'min;(e)1.6m'min-I 由图3可见：流体的自由表面由于受到上升流 见：随着拉速的增加，结晶器内液面平均波高明显增 的冲击作用，在靠近结晶器窄面处液面升高：随着表 大，当拉速为0.8mmin时结晶器保护渣一钢液界 面流向水口方向的推进，在剪切力的作用下，保护 面平均波高仅为3.82mm,而拉速增为1.6m· 渣钢液界面形成向下的凸起（如各图中自由表面 min'时平均波高为7.42mm,这与水模型实验结论 处的红线所示)，这与水模实验观察到的现象一致. 一致.这是因为：拉速增大意味着钢液流出水口侧 说明采用VOF法追踪流体自由表面运动，可以较为 孔时的速度和流量增加，流股具有的动能也增加，对 准确地模拟出保护渣一钢液自由表面的形状和运动 结晶器窄面的冲击力也就增大，水口射流股撞击结 规律 晶器窄面后形成的上升流速度增大，对自由液面的 图4为拉速对液面波动的影响曲线.由图可 冲击增大，从而导致液面波动增大红线所示), 该曲线可表征自由液面的形状. 图 2 结晶器保护渣-钢液界面形状 Fig.2 Shape of the mold flux-molt en steel in terf ace 2 结果与讨论 2.1 拉速对结晶器内液面波动的影响 图 3 为结晶器宽度为 2 300 mm 、水口倾角为 -15°、水口浸入深度为120 mm及水口出口面积为 100 mm ×42 mm 时, 不同拉速条件下计算得到的结 晶器流场形态图, 图中液面处红线显示的即为结晶 器保护渣-钢液界面形状.由图可见 .随着拉速的 增加, 水口和结晶器内整个的流场速度相应提高, 钢 液自由表面变形幅度明显增加. 图 3 不同拉速下结晶器内流场形态及自由表面形状.( a) 0.8 m·min -1 ;( b) 1.0 m·min -1 ;( c) 1.2 m·min -1 ;( d) 1.4 m·min -1 ;( e) 1.6 m·min -1 Fig.3 Flow field forms and free surface shapes in the mold at different casting speeds:( a) 0.8 m·min -1 ;( b) 1.0 m·min -1 ;( c) 1.2 m·min -1 ; ( d) 1.4 m·min -1 ;( e) 1.6 m·min -1 由图 3 可见 :流体的自由表面由于受到上升流 的冲击作用, 在靠近结晶器窄面处液面升高;随着表 面流向水口方向的推进, 在剪切力的作用下, 保护 渣-钢液界面形成向下的凸起( 如各图中自由表面 处的红线所示), 这与水模实验观察到的现象一致 . 说明采用VOF 法追踪流体自由表面运动, 可以较为 准确地模拟出保护渣-钢液自由表面的形状和运动 规律 . 图4 为拉速对液面波动的影响曲线.由图可 见 :随着拉速的增加, 结晶器内液面平均波高明显增 大, 当拉速为 0.8 m·min -1时结晶器保护渣-钢液界 面平均波高仅为 3.82 mm, 而拉速增为 1.6 m · min -1时平均波高为7.42 mm, 这与水模型实验结论 一致 .这是因为 :拉速增大意味着钢液流出水口侧 孔时的速度和流量增加, 流股具有的动能也增加, 对 结晶器窄面的冲击力也就增大, 水口射流股撞击结 晶器窄面后形成的上升流速度增大, 对自由液面的 冲击增大, 从而导致液面波动增大. 第 2 期 刘国林等:宽板坯连铸结晶器内液面波动的数值模拟 · 231 ·