·1640 北京科技大学学报 第36卷 1600 1.0 ■—1208 y=0m -。—150s 1500 0.5 心部 1400 0 0.01 002003 0.040.05 1300 1.0 1200 表面 0.5 )y-0.5m 1100 0.01 0.02 0.030.04 0.05 1000 0 1.0- 900 =-1m 0.5 800 1000 100200300 400500600 700 0 时间/s 0 0.01 0.020.03 0.040.05 图2铸坯表面及心部的温度变化曲线 1.0 y=-15m Fig.2 Temperature change of the slab surface and center 0.5 的，并且在这些位置处120s和150s时的固相分 0 0 0.01 0.02 0.030.040.05 数分布曲线是重合的，这也更准确地证实了上文 提到的垂直段铸坯的凝固行为在120s以后达到 =-2m 0.5 稳态的结论 0 0.01 0.02 0.03 0.040.05 xim 图4120：和150s时铸坯垂直段不同位置处的固相分数 Fig.4 Solid fraction for different locations of the billet vertical part at 固相分数 120s and 150s 1.0 0.9 全凝固的坯壳部分.根据此图，可以算出铸坯在出 .8 结晶器时的坯壳厚度大约为12.5mm,这与工厂实 07 测值13mm非常接近，说明本研究所开发的有限 0.6 元分析模型用于钢铁连铸数值模拟的可行性 0.5 2.2.2流场模拟 图6为计算的湍动能和速度场在不同时刻的分 布轮廓图.由图可以看出，在30s和60s时的湍动 能和速度场分布几乎看不出什么区别，说明流场在 0 30s以后就基本趋于稳定. 5s10s20850s80=120=150s 图7为30s和60s时不同位置处的流场y方 图3铸坯垂直段不同时刻的固相分数 向的速度山，拉坯方向为y的负方向.由图可知，y Fig.3 Slab solid fraction at different time for the vertical part of a billet 方向的速度沿x方向存在波动，不同位置处的流场 y方向的速度在x方向的变化趋势是相同的，都是 图5(a)为连铸全过程不同时刻铸坯的温度分 在处于液体时(x=0m附近)速度最大.在y= 布，铸坯最低端的灰色区域为引锭头.由图可以看 0.095m和y=0.035m处大约为0.11m·s-1,在 出，400s时铸坯已经历了垂直段与扇形段，并且拉 y=-0.035m处大约为0.07ms1.随着x增大， 到了水平段，观察发现在扇形段的结束处铸坯心 y方向的速度逐渐变小至零，然后速度反向，速度 部的温度己经降到1461℃以下，即固相线温度以 先变大后减小，减小至零后又开始变大，在固体坯 下，也就是说，铸坯在达到水平段前（接近水平段 壳处速度达到0.02m·s,也就是以拉坯速度运 时)心部己经完全凝固.图5(b)为结晶器内的温 动.在30s和60s时，y方向的速度在x方向的变 度分布，图中灰色区域为结晶器内温度在固相线 化曲线几乎重合在一起，进一步说明流场在30s 温度1461℃以下的铸坯表面，也就是铸坯己经完 以后趋于稳定北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 图 2 铸坯表面及心部的温度变化曲线 Fig． 2 Temperature change of the slab surface and center 的，并且在这些位置处 120 s 和 150 s 时的固相分 数分布曲线是重合的，这也更准确地证实了上文 提到的垂直段铸坯的凝固行为在 120 s 以后达到 稳态的结论． 图 3 铸坯垂直段不同时刻的固相分数 Fig． 3 Slab solid fraction at different time for the vertical part of a billet 图 5( a) 为连铸全过程不同时刻铸坯的温度分 布，铸坯最低端的灰色区域为引锭头． 由图可以看 出，400 s 时铸坯已经历了垂直段与扇形段，并且拉 到了水平段，观察发现在扇形段的结束处铸坯心 部的温度已经降到 1461 ℃ 以下，即固相线温度以 下，也就是说，铸坯在达到水平段前( 接近水平段 时) 心部已经完全凝固． 图 5( b) 为结晶器内的温 度分布，图中灰色区域为结晶器内温度在固相线 温度 1461 ℃ 以下的铸坯表面，也就是铸坯已经完 图 4 120 s 和 150 s 时铸坯垂直段不同位置处的固相分数 Fig． 4 Solid fraction for different locations of the billet vertical part at 120 s and 150 s 全凝固的坯壳部分． 根据此图，可以算出铸坯在出 结晶器时的坯壳厚度大约为 12. 5 mm，这与工厂实 测值 13 mm 非常接近，说明本研究所开发的有限 元分析模型用于钢铁连铸数值模拟的可行性． 2. 2. 2 流场模拟 图 6 为计算的湍动能和速度场在不同时刻的分 布轮廓图． 由图可以看出，在 30 s 和 60 s 时的湍动 能和速度场分布几乎看不出什么区别，说明流场在 30 s 以后就基本趋于稳定． 图 7 为 30 s 和 60 s 时不同位置处的流场 y 方 向的速度 uy，拉坯方向为 y 的负方向． 由图可知，y 方向的速度沿 x 方向存在波动，不同位置处的流场 y 方向的速度在 x 方向的变化趋势是相同的，都是 在处于液 体 时( x = 0 m 附 近) 速 度 最 大． 在 y = 0. 095 m 和 y = 0. 035 m 处大约为 0. 11 m·s － 1，在 y = － 0. 035 m 处大约为 0. 07 m·s － 1 ． 随着 x 增大， y 方向的速度逐渐变小至零，然后速度反向，速度 先变大后减小，减小至零后又开始变大，在固体坯 壳处速度达到 0. 02 m·s － 1，也就是以拉坯速度运 动． 在 30 s 和 60 s 时，y 方向的速度在 x 方向的变 化曲线几乎重合在一起，进一步说明流场在 30 s 以后趋于稳定． · 0461 ·