第4期 邓小旋等：水口底部形状对高拉速板坯连铸结晶器液面特征的影响 ·519· 0.30 (a) 0.40 0.25 0.35 0.30 0.25 10.15 0.20 010 0.15 0.10 0.05 0.05 拉速：l.4mmin 拉速：l.8mmin 0 0 100 200300400500 600 100 200300400500 600 距水口中心的距离mm 距水口中心的距离/mm 图6不同拉速时水口底部形状对表面流速的影响.(a)1.4 m'min:(b)1.8m'min1 Fig.6 Effect of bottom shapes on the surface velocity at different casting speeds:(a)1.4mmin;(b)1.8mmin 平底水口相当.所以凹底水口是前文讨论的三种水 和1.8mmin1时凹底水口井深对1"~9"测点处（见 口中液面特征较平稳的一种.这也与王翠娜等) 图3)液面波动的影响.在拉速为1.4m·min-1条件 的结论一致.Gupta和Lahiri圆报道了不同凹底井深 下，凹底-10水口条件下的平均波高（最大值为 对结晶器出口流股特征会有较大影响，所以有必要 3.8mm)要小于平底水口（平均波高最大值为 进一步研究井深对凹底水口液面特征的影响.为 4.3mm)和凹底水口（平均波高最大值为4.4mm). 此，本文另外设计了一种井深为10mm（介于平底 在高拉速条件下，凹底-10水口的平均波高的最大 水口和凹底水口之间)的水口，这里称该水口为凹 值为4.5mm,而平底和凹底水口的平均波高的最大 底-10水口.图7(a)和图7(b)分别为拉速是1.4 值分别为4.7和5.0mm 5.0 (a 1●2”39 45 6 44◆56 a789° 78■9 3 3.0 拉速：l4m*min 浸入深度：l50mm 拉速：l.8mmin 浸入深度：1S0mm 2.5 2 0 10 20 0 10 20 凹底水口井深/mm 凹底水口井深mm 图7不同拉速时凹底水口并深对液面波动的影响.(a)1.4 mmin-I:(b)1.8m'min Fig.7 Effect of well depth on the level fluctuation at different casting speeds:(a)1.4mmin;(b)1.8mmin- 2.4.2凹底水口井深对结晶器表面流速的影响 26.7%:拉速为1.8mmin时，V平底=0.374ms, 图8(a)和图8(b)分别为拉速是1.4与1.8m· Vm底-o=0.332m·s,Z=(0.374-0.332）/0.374= min时凹底水口井深对1·~9测点（见图3）表面 11.2%. 流速的影响.研究发现：在拉速为l.4mmin,水 综合不同井深的凹底水口的液面波动和表面流 口浸入深度为150mm条件下，平底、凹底-10和凹 速可以看出，井深为10mm的凹底水口可以降低结 底水口的液面最大表面流速分别为0.31、0.22和 晶器的液面波动和表面流速，在实际高拉速实践中 0.25ms1.在高拉速(1.8mmin-1)条件下，平底、 选用这种水口可以有效避免卷渣的发生，提高铸坯 凹底-10和凹底水口的液面最大表面流速分别为 和后续轧板的表面质量. 0.37、0.33和0.34m·s-.可见井深为10mm的凹 2.5结晶器自由液面特征的机理分析 底水口下结晶器液面的最大表面流速在低拉速和高 2.5.1水口底部形状影响的机理分析 拉速条件下分别比平底水口小26.7%和11.2%， 结晶器的自由液面特征和水口出口流股的特征 计算公式为Z=（V平底-V四底-10）V平底·拉速为 密切相关.关于水口底部形状对流股特征的影响己 1.4mmim1时，V￥底=0.303m·s1，V四底-0= 经有学者利用数值模拟的方法进行过报道.王翠娜 0.222ms-1,Z=（0.303-0.222)/0.303= 等m和Chaudhary等对凸底、平底和凹底水口的第 4 期 邓小旋等: 水口底部形状对高拉速板坯连铸结晶器液面特征的影响 图 6 不同拉速时水口底部形状对表面流速的影响． ( a) 1. 4 m·min － 1 ; ( b) 1. 8 m·min － 1 Fig． 6 Effect of bottom shapes on the surface velocity at different casting speeds: ( a) 1. 4 m·min － 1 ; ( b) 1. 8 m·min － 1 平底水口相当． 所以凹底水口是前文讨论的三种水 口中液面特征较平稳的一种． 这也与王翠娜等［11］ 的结论一致． Gupta 和 Lahiri ［8］报道了不同凹底井深 对结晶器出口流股特征会有较大影响，所以有必要 进一步研究井深对凹底水口液面特征的影响． 为 此，本文另外设计了一种井深为 10 mm ( 介于平底 水口和凹底水口之间) 的水口，这里称该水口为凹 底 － 10 水口． 图 7( a) 和图 7( b) 分别为拉速是 1. 4 和1. 8 m·min － 1 时凹底水口井深对1# ～ 9# 测点处( 见 图 3) 液面波动的影响． 在拉速为 1. 4 m·min － 1 条件 下，凹底 － 10 水口条件下的平均波高( 最大值为 3. 8 mm) 要小于平底水口 ( 平均波高最大值为 4. 3 mm) 和凹底水口( 平均波高最大值为 4. 4 mm) ． 在高拉速条件下，凹底 － 10 水口的平均波高的最大 值为 4. 5 mm，而平底和凹底水口的平均波高的最大 值分别为 4. 7 和 5. 0 mm． 图 7 不同拉速时凹底水口井深对液面波动的影响． ( a) 1. 4 m·min － 1 ; ( b) 1. 8 m·min － 1 Fig． 7 Effect of well depth on the level fluctuation at different casting speeds: ( a) 1. 4 m·min － 1 ; ( b) 1. 8 m·min － 1 2. 4. 2 凹底水口井深对结晶器表面流速的影响 图 8( a) 和图 8( b) 分别为拉速是 1. 4 与 1. 8 m· min － 1 时凹底水口井深对 1' # ～ 9' # 测点( 见图 3) 表面 流速的影响． 研究发现: 在拉速为 1. 4 m·min － 1 ，水 口浸入深度为 150 mm 条件下，平底、凹底 － 10 和凹 底水口的液面最大表面流速分别为 0. 31、0. 22 和 0. 25 m·s － 1 ． 在高拉速( 1. 8 m·min － 1 ) 条件下，平底、 凹底 － 10 和凹底水口的液面最大表面流速分别为 0. 37、0. 33 和 0. 34 m·s － 1 ． 可见井深为 10 mm 的凹 底水口下结晶器液面的最大表面流速在低拉速和高 拉速条件下分别比平底水口小 26. 7 % 和 11. 2 % ， 计算 公 式 为 Z = ( V平底 － V凹底 － 10 ) /V平底． 拉 速 为 1. 4 m·min － 1 时，V平底 = 0. 303 m·s － 1 ，V凹底 － 10 = 0. 222 m·s － 1 ，Z = ( 0. 303 － 0. 222 ) /0. 303 = 26. 7% ; 拉速为 1. 8 m·min － 1 时，V平底 = 0. 374 m·s － 1 ， V凹底 －10 = 0. 332 m·s －1 ，Z = ( 0. 374 － 0. 332) /0. 374 = 11. 2% ． 综合不同井深的凹底水口的液面波动和表面流 速可以看出，井深为 10 mm 的凹底水口可以降低结 晶器的液面波动和表面流速，在实际高拉速实践中 选用这种水口可以有效避免卷渣的发生，提高铸坯 和后续轧板的表面质量． 2. 5 结晶器自由液面特征的机理分析 2. 5. 1 水口底部形状影响的机理分析 结晶器的自由液面特征和水口出口流股的特征 密切相关． 关于水口底部形状对流股特征的影响已 经有学者利用数值模拟的方法进行过报道． 王翠娜 等［11］和 Chaudhary 等［17］对凸底、平底和凹底水口的 ·519·