D01:10.13374/i.issn1001t63x.2010.09.006 第32卷第9期 北京科技大学学报 Vol 32 No 9 2010年9月 Journal of Un iversity of Science and Technology Beijing Sep 2010 注流方式对大方坯连铸结晶器内钢水流动与温度状态 影响 孙海波韩占光钱宏智张家泉 北京科技大学生态与循环治金教有部重点实验室，北京100083 摘要依据改变水口侧孔射流方向来控制结晶器内钢流流动状态的思想，设计了一种大方坯连铸结晶器新型四分切向水 口.对不同类型水口（直通式、四分径向以及四分切向水口）浇注条件下大方坯连铸结晶器内钢水流动形态和温度分布状况 进行了流体动力学比较研究·结果表明，新型四分切向水口不仅可以使结晶器内钢水形成上、下两个回流，并能够产生较强的 水平旋流·该水平旋流能降低钢水的冲击深度，抑制钢液面波动，促进夹杂物上浮，还具有促进钢水过热耗散的效果。与四分 径向水口相比，新型四分切向水口能减弱射流对初生坯壳的冲击，均匀横截面坯壳厚度.此外，该旋流状态使热中心上移，自 由液面附近钢水的温度可提高2~6℃，改善化渣条件. 关键词方坯：连铸：结晶器：水口：旋流 分类号TF777.2 Effects of injection m odes on the flow pattern and tem perature distribution of m olten steel in a bloom casting m oul SUN Haibo HAN Zhan guang Q IAN Hong-hi ZHANG Jia quan Key Laboratory of Ecological and Recyck Metallrgy M inistry of Education University of Science and Technobgy Beijing Beijing 100083 China ABSTRACT Based on an idea that the flow pattem ofmolten steel in a mol can be controlled by changing the direction of jet frm the outlets of a submerged entry nozzle (SEN).a new type of quad-furcated SEN w ith outlets in tangential direction was designed for bloon casting The flow pattems and temperature distributions ofmolten steel in the mold were canputed by hydrodynan ic models un- der the conditions of single stmaight SENs quad-fiurcated SENs w ith outlets in radial direction and quad-furcated SENs with outlets in tangential direction For the latter a strong horizontal sw irling flow has been observed along w ith the upper and lower back flws in the mol The horizontal sw irling flow pattem in the mol can not only reduce the ipingement depth ofmolten steel nhibit liquid level fluctuation and accelerate inclusion floatation but also be beneficial to dissipation of steel supereat Compared to quad-fiurcated SENs with outlets in radial direction the jet mpingement on the initial shell can be obviously reduced and the cross"section solidified shell distributes unifom ly n the mol Additionally the horizontal sw irling flow pattem moves the hot spot upwand n the mol and leads to a 2 to 6'C tanperature rise ofmolten steel around the free surface which is beneficial to quick melting ofmoul powder KEY WORDS bbas continuous casting mols nozzles sw irling flow 结晶器内钢水的流动行为与铸坯坯壳的生长以 的特殊钢大方坯或矩形坯，为了提高铸坯的洁净 及最终产品的质量密切相关山，而结晶器内钢水的 度，保证弯月面的化渣效果，理论上宜采用多分式 流场以及温度场很大程度上取决于浸入式水口的结 水口，以降低注流钢水的冲击深度.Frauenhuber 构、工艺参数与使用技术[可). 研究表明，大方坯采用四分式水口浇铸时，所形成 由于断面小、拉速快，且为了避免对结晶器内 的涡流还有利于钢水过热度耗散，提高铸坯等轴 初凝坯壳的冲刷，直通式水口是目前钢铁企业浇 晶比，进而改善铸坯的中心偏析以及表面质量，普 铸方坯的首选，对于拉速相对较低、断面尺寸较大通的四分式水口虽然能够改善结晶器内钢水的流 收稿日期：2009-12-17 作者简介：孙海波(1986)男，硕士研究生：张家泉(1963男，教授，博士生导师，E mail jhang@metall ust山ed:cm第 32卷 第 9期 2010年 9月 北 京 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｌ．32Ｎｏ．9 Ｓｅｐ．2010 注流方式对大方坯连铸结晶器内钢水流动与温度状态 影响 孙海波 韩占光 钱宏智 张家泉 北京科技大学生态与循环冶金教育部重点实验室‚北京 100083 摘 要 依据改变水口侧孔射流方向来控制结晶器内钢流流动状态的思想‚设计了一种大方坯连铸结晶器新型四分切向水 口．对不同类型水口 （直通式、四分径向以及四分切向水口 ）浇注条件下大方坯连铸结晶器内钢水流动形态和温度分布状况 进行了流体动力学比较研究．结果表明‚新型四分切向水口不仅可以使结晶器内钢水形成上、下两个回流‚并能够产生较强的 水平旋流．该水平旋流能降低钢水的冲击深度‚抑制钢液面波动‚促进夹杂物上浮‚还具有促进钢水过热耗散的效果．与四分 径向水口相比‚新型四分切向水口能减弱射流对初生坯壳的冲击‚均匀横截面坯壳厚度．此外‚该旋流状态使热中心上移‚自 由液面附近钢水的温度可提高 2～6℃‚改善化渣条件． 关键词 方坯；连铸；结晶器；水口；旋流 分类号 ＴＦ777∙2 Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｉｎｊｅｃｔｉｏｎｍｏｄｅｓｏｎｔｈｅｆｌｏｗｐａｔｔｅｒｎａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆ ｍｏｌｔｅｎｓｔｅｅｌｉｎａｂｌｏｏｍ ｃａｓｔｉｎｇｍｏｕｌｄ ＳＵＮＨａｉ-ｂｏ‚ＨＡＮＺｈａｎ-ｇｕａｎｇ‚ＱＩＡＮＨｏｎｇ-ｚｈｉ‚ＺＨＡＮＧＪｉａ-ｑｕａｎ ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＥｃｏｌｏｇｉｃａｌａｎｄＲｅｃｙｃｌｅＭｅｔａｌｌｕｒｇｙＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ‚ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ‚Ｂｅｉｊｉｎｇ100083‚Ｃｈｉｎａ ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｂａｓｅｄｏｎａｎｉｄｅａｔｈａｔｔｈｅｆｌｏｗｐａｔｔｅｒｎｏｆｍｏｌｔｅｎｓｔｅｅｌｉｎａｍｏｌｄｃａｎｂｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｊｅｔｆｒｏｍ ｔｈｅｏｕｔｌｅｔｓｏｆａｓｕｂｍｅｒｇｅｄｅｎｔｒｙｎｏｚｚｌｅ（ＳＥＮ）‚ａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｑｕａｄ-ｆｕｒｃａｔｅｄＳＥＮｗｉｔｈｏｕｔｌｅｔｓｉｎｔａｎｇｅｎｔｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｆｏｒ ｂｌｏｏｍｃａｓｔｉｎｇ．Ｔｈｅｆｌｏｗｐａｔｔｅｒｎｓａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｏｆｍｏｌｔｅｎｓｔｅｅｌｉｎｔｈｅｍｏｌｄｗｅｒｅｃｏｍｐｕｔｅｄｂｙｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｓｕｎ- ｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｓｉｎｇｌｅｓｔｒａｉｇｈｔＳＥＮｓ‚ｑｕａｄ-ｆｕｒｃａｔｅｄＳＥＮｓｗｉｔｈｏｕｔｌｅｔｓｉｎｒａｄｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎ‚ａｎｄｑｕａｄ-ｆｕｒｃａｔｅｄＳＥＮｓｗｉｔｈｏｕｔｌｅｔｓｉｎ 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铸方坯的首选．对于拉速相对较低、断面尺寸较大 的特殊钢大方坯或矩形坯‚为了提高铸坯的洁净 度‚保证弯月面的化渣效果‚理论上宜采用多分式 水口‚以降低注流钢水的冲击深度．Ｆｒａｕｅｎｈｕｂｅｒ ［6］ 研究表明‚大方坯采用四分式水口浇铸时‚所形成 的涡流还有利于钢水过热度耗散‚提高铸坯等轴 晶比‚进而改善铸坯的中心偏析以及表面质量．普 通的四分式水口虽然能够改善结晶器内钢水的流 DOI :10．13374／j．issn1001－053x．2010．09．006