邓南阳等：结晶器旋转数值模拟及对高速钢电渣锭碳化物的影响 519 一致的，而且为对称分布.焦耳热的最大值都存在 低了，渣池的运动能够将温度较低的渣带人至高 于自耗电极之间且靠近电极一侧的下部和上部， 温区，被加热以后又被带出.由于渣的导电率、导 这与文献中的表述一致3由于电渣锭电导率 热系数与温度有关，渣在高温区（电流密度最大的 较高，因此电渣锭当中的焦耳热要比渣中的焦耳 区域)的流入与流出，导致了高温区电导率的变化 热小一个数量级.电渣重熔过程中，电流优先选择 因而，在不同转速下温度最大数值是不相等的 “路径”最短的线路（即闭合回路中电阻最小的回 图3为渣/金界面的温度场和流场分布图.可 路)，双极串联过程中，这条最短“路径”就是电流 以看出，结晶器静止时，渣/金截面的高温区在两个 从电极一侧通过两电极中间的熔渣回到另一电 自耗电极的正下方，这与单极电渣重熔不同（高温 极.由于熔渣的导电率要远远低于钢的导电率，因 区在渣/金界面的中心)，高温区的面积较小，温度 而焦耳热最大值分布在两极之间 分布不均匀，近边缘（沿x轴方向）与远边缘（沿 (2)双极串联结品器旋转过程渣池温度场/流 y轴方向)的温差较大，中心温度较低，渣/金界面 场的分布 的流动较小且做无规则的流动：当结晶器转速为 图2为渣池表面的流场和温度场分布.当结 6rmin时，高温区依然在两个自耗电极正下方，与 晶器静止时，几乎所有的高温区集中在两根自耗 0rmin不同的是高温区变大，中心的温度也升高 电极之间，呈矩形分布；当结晶器转速为6rmin 了，边缘与边缘之间的温差减小，渣/金的流动变大 时，高温虽然还是在自耗电极的中间，但是在结晶 并且开始作环形流动：结晶器转速达到13rmin 器旋转的的作用下，已有部分高温区已经不在电 时，高温区的面积进一步增大，渣/金界面环形流动 极之间，向外发散，而且高温区的形状开始发生改 加强，高温区的位置发生了改变，开始往边缘移 变.随着结晶器转速进一步加大至13和19rmin, 动，高温区与边缘还有一定的距离，边缘与边缘之 高温区向外发散的面积更大，同时最高温度也降 间的温差得到进一步减小；当结晶器的转速为 Rotation flow velocity 0.15 m's Rotation flow velocity 0.2 m's Temperature/K Temperature/K 2350 0.04 2500 004 2300 2300 2250 2250 2200 0.02 2200 0.02 2150 2150 2100 2100 0 2050 2050 2000 1950 0.02 2000 1950 -0.02 1900 1900 1850 -0.04 1850 -0.04 1800 1800 0.04-0.020 0.02 0.04 -0.04-0.0200.02 0.04 Coordinate x/m Coordinate x/m Rotation speed 0 rmin- Rotation speed 6 rmin- Rotation flow velocity 0.25 m-s! Rotation flow velocity 0.3 m's Temperature/K Temperature/K 0.04 0.04 2450 2400 2300 2300 2250 0.02 2250 0.02 2200 32a0 2100 2050 2050 2000 -0.02 2000 -0.02 1950 1950 1900 1900 1850 -0.04 1850 -0.04 1800 1800 -0.04-0.0200.02 0.04 -0.04-0.0200.02 0.04 Coordinate x/m Coordinate x/m Rotation speed 13 rmin Rotation speed 19 rmin 图2 渣池表面的流场和温度场随结品器旋转的变化 Fig.2 Variations of the flow and temperature fields on the slag pool surface with different mold-rotation speeds一致的，而且为对称分布. 焦耳热的最大值都存在 于自耗电极之间且靠近电极一侧的下部和上部， 这与文献中的表述一致[13−14] . 由于电渣锭电导率 较高，因此电渣锭当中的焦耳热要比渣中的焦耳 热小一个数量级. 电渣重熔过程中，电流优先选择 “路径”最短的线路（即闭合回路中电阻最小的回 路）. 双极串联过程中，这条最短“路径”就是电流 从电极一侧通过两电极中间的熔渣回到另一电 极. 由于熔渣的导电率要远远低于钢的导电率，因 而焦耳热最大值分布在两极之间. （2）双极串联结晶器旋转过程渣池温度场/流 场的分布. 图 2 为渣池表面的流场和温度场分布. 当结 晶器静止时，几乎所有的高温区集中在两根自耗 电极之间，呈矩形分布；当结晶器转速为 6 r·min−1 时，高温虽然还是在自耗电极的中间，但是在结晶 器旋转的的作用下，已有部分高温区已经不在电 极之间，向外发散，而且高温区的形状开始发生改 变. 随着结晶器转速进一步加大至 13 和 19 r·min−1 ， 高温区向外发散的面积更大，同时最高温度也降 低了. 渣池的运动能够将温度较低的渣带入至高 温区，被加热以后又被带出. 由于渣的导电率、导 热系数与温度有关，渣在高温区（电流密度最大的 区域）的流入与流出，导致了高温区电导率的变化， 因而，在不同转速下温度最大数值是不相等的. 图 3 为渣/金界面的温度场和流场分布图. 可 以看出，结晶器静止时，渣/金截面的高温区在两个 自耗电极的正下方，这与单极电渣重熔不同（高温 区在渣/金界面的中心），高温区的面积较小，温度 分布不均匀，近边缘（沿 x 轴方向）与远边缘（沿 y 轴方向）的温差较大，中心温度较低，渣/金界面 的流动较小且做无规则的流动；当结晶器转速为 6 r·min−1 时，高温区依然在两个自耗电极正下方，与 0 r·min−1 不同的是高温区变大，中心的温度也升高 了，边缘与边缘之间的温差减小，渣/金的流动变大 并且开始作环形流动；结晶器转速达到 13 r·min−1 时，高温区的面积进一步增大，渣/金界面环形流动 加强，高温区的位置发生了改变，开始往边缘移 动，高温区与边缘还有一定的距离，边缘与边缘之 间的温差得到进一步减小；当结晶器的转速为 Temperature/K 2350 2300 2250 2200 2150 2100 2050 2000 1950 1900 1850 1800 0.04 0.02 0 −0.02 −0.04 −0.04 −0.02 0 0.02 0.04 Coordinate x/m Rotation speed 0 r·min−1 Rotation flow velocity 0.15 m·s−1 Rotation speed 6 r·min−1 Coordinate y/m Temperature/K 2500 2300 2250 2200 2150 2100 2050 2000 1950 1900 1850 1800 0.04 0.02 0 −0.02 −0.04 −0.04 −0.02 0 0.02 0.04 Coordinate x/m Rotation flow velocity 0.2 m·s−1 Coordinate y/m Temperature/K 2450 2300 2250 2200 2150 2100 2050 2000 1950 1900 1850 1800 0.04 0.02 0 −0.02 −0.04 −0.04 −0.02 0 0.02 0.04 Coordinate x/m Rotation speed 13 r·min−1 Rotation flow velocity 0.25 m·s−1 Rotation speed 19 r·min−1 Coordinate y/m Temperature/K 2400 2300 2250 2200 2150 2100 2050 2000 1950 1900 1850 1800 0.04 0.02 0 −0.02 −0.04 −0.04 −0.02 0 0.02 0.04 Coordinate x/m Rotation flow velocity 0.3 m·s−1 Coordinate y/m 图 2    渣池表面的流场和温度场随结晶器旋转的变化 Fig.2    Variations of the flow and temperature fields on the slag pool surface with different mold-rotation speeds 邓南阳等： 结晶器旋转数值模拟及对高速钢电渣锭碳化物的影响 · 519 ·