D01:10.13374.isml00103x.2009.06.0I3 第31卷第6期 北京科技大学学报 Vol.31 No.6 2009年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jum.2009 板坯连铸结晶器内非对称流动现象的数值模拟 徐海伦文光华唐萍 罗高强王宇峰 重庆大学材料科学与工程学院，重庆400044 摘要基于流体力学基本原理，采用Fuet软件建立板坯连铸结晶器及浸入式水口的三维有限元体积模型.模拟研究了水 口不对中和水口单孔结瘤条件下结晶器内流体的流动特征和温度场分布状况.结果表明：水口对中不良时.结晶器两侧回流 明显不对称，液面会产生旋涡，水口偏向侧温度高于水口偏离侧：水口出口单孔结瘤时，未结瘤侧流股增强，液面流速增大，并 且液面有涡流产生，结瘤侧新鲜钢液减少，温度偏低。 关键词结晶器：板坯连铸：非对称流动：数值模拟 分类号TF777.1 Numerical simulation of asymmetry flow phenomena in a mold for slab continuous casting XU Hai-lun,WEN Guang-hua.TANG Ping,LUO Gao-qiang,WANG Yu-feng College of Materials Science and Engineering.Chongqing University,Chongqing 400044,China ABSTRACT Based on the basic principle of fluid mechanics.three-dimensional finite volume models of a slab continuous casting mold and a submerged entry nozzle (SEN)w ere established by Fluent software.When the nozzle was off-center and dogging,the flow characteristics of fluid and temperature field distribution in the mold w ere investigated.The results showed that w hile the nozzle w as off-center.circulation flows in both sides of the mold were asymmetric and there w ere vortexes in the free surface.The tempera- ture in the side w hich w as near to the nozzle was higher than that in the other side.When one port of the nozzle was dlogging.molten steel from the other port enhanced and the velocity of surface flow from the other port would increase,with vortexes in the free sur- face.Fresh molten steel from the clogging port reduced and the temperature near to the clogging port was relatively low. KEY WORDS mold:slab continuous casting:asymmetry flow;numerical simulation 在连铸结晶器内，凝固坯壳的均匀生长是保证 得更加严重：Li等通过数学模拟方法研究了水口 铸坯质量的重要条件，而凝固坯壳的生长又主要受 不对中引起的液面旋涡现象：Jacobi等9认为水口 结晶器内钢液流动行为的影响.迄今为止，国内外 出口存在非对称性流动行为，此非对称性流动行为 已有许多学者研究了板坯连铸结晶器内钢液的流动 是造成铸坯最终质量缺陷不对称的主要原因，而水 行为，其中大部分研究都是在考虑水口出口流股对口出口流股不对称又是由水口内结瘤的不对称性引 称的条件下，也有少部分研究者关注到结晶器内的 起的.在这些文献中，作者只是提到了结晶器内本 非对称流动现象.Robertson等刂发现结晶器两侧 身存在非对称流动现象以及实际中非对称性流动可 的下循环流具有非对称性；Gupta等？利用物理模 能引发的问题，没有对外在原因引起的结晶器内非 拟研究发现结晶器内的偏流现象是由水口出口射流对称流动行为进行系统研究.在实际过程中，由于 沿轴线的旋转前进和结晶器宽厚比决定的：Wang1 水口安装时的人为误差使得水口对中不良，会引起 通过水模型研究认为偏流与水口出口面积和主通道 偏流现象：同时，水口内部结瘤的不均匀也会导致水 面积比例有关，并且发现随着板坯宽度增加偏流变口出口流股的不对称.由此可见，外在因素导致的 收稿日期：200805-29 作者简介：徐海伦(1982一)，男，博士研究生：文光华(1963一)，男，教授，博士生导师，E-mail:wmgh@cmu.cdu.m板坯连铸结晶器内非对称流动现象的数值模拟 徐海伦 文光华 唐 萍 罗高强 王宇峰 重庆大学材料科学与工程学院, 重庆 400044 摘 要 基于流体力学基本原理, 采用 Fluent 软件建立板坯连铸结晶器及浸入式水口的三维有限元体积模型, 模拟研究了水 口不对中和水口单孔结瘤条件下结晶器内流体的流动特征和温度场分布状况.结果表明:水口对中不良时, 结晶器两侧回流 明显不对称, 液面会产生旋涡, 水口偏向侧温度高于水口偏离侧;水口出口单孔结瘤时, 未结瘤侧流股增强, 液面流速增大, 并 且液面有涡流产生, 结瘤侧新鲜钢液减少, 温度偏低. 关键词 结晶器;板坯连铸;非对称流动;数值模拟 分类号 TF777.1 Numerical simulation of asymmetry flow phenomena in a mold for slab continuous casting XU Hai-lun, WEN Guang-hua , TANG Ping, LUO Gao-qiang, WANG Yu-feng College of Mat erials S cience and Engineering, C hongqing University, Chongqing 400044, C hina ABSTRACT Based on the basic principle of fluid mechanics, three-dimensional finite volume mo dels of a slab continuous casting mold and a submerged entry nozzle ( SEN) w ere established by Fluent software.When the nozzle was off-center and clogging, the flow characteristics of fluid and temperature field distribution in the mold w ere investigated.The results showed that w hile the nozzle w as off-center, circulation flows in both sides of the mold w ere asymmetric and there w ere vortex es in the free surface.The tempera￾ture in the side w hich w as near to the nozzle was higher than that in the other side.When one port of the nozzle was clogging, molten steel from the o ther port enhanced and the velocity of surface flow from the other port would increase, w ith vortexes in the free sur￾face.Fresh mo lten steel from the clogging port reduced and the temperature near to the clogging port was relativ ely low . KEY WORDS mold ;slab continuous casting;asymmetry flow ;numerical simulation 收稿日期:2008-05-29 作者简介:徐海伦( 1982—) , 男, 博士研究生;文光华( 1963—) , 男, 教授, 博士生导师, E-mail:w engh@cqu.edu.cn 在连铸结晶器内, 凝固坯壳的均匀生长是保证 铸坯质量的重要条件, 而凝固坯壳的生长又主要受 结晶器内钢液流动行为的影响.迄今为止, 国内外 已有许多学者研究了板坯连铸结晶器内钢液的流动 行为, 其中大部分研究都是在考虑水口出口流股对 称的条件下, 也有少部分研究者关注到结晶器内的 非对称流动现象 .Robertson 等[ 1] 发现结晶器两侧 的下循环流具有非对称性;Gupta 等[ 2] 利用物理模 拟研究发现结晶器内的偏流现象是由水口出口射流 沿轴线的旋转前进和结晶器宽厚比决定的;Wang [ 3] 通过水模型研究认为偏流与水口出口面积和主通道 面积比例有关, 并且发现随着板坯宽度增加, 偏流变 得更加严重;Li 等 [ 4] 通过数学模拟方法研究了水口 不对中引起的液面旋涡现象 ;Jacobi 等[ 5] 认为水口 出口存在非对称性流动行为, 此非对称性流动行为 是造成铸坯最终质量缺陷不对称的主要原因, 而水 口出口流股不对称又是由水口内结瘤的不对称性引 起的 .在这些文献中, 作者只是提到了结晶器内本 身存在非对称流动现象以及实际中非对称性流动可 能引发的问题, 没有对外在原因引起的结晶器内非 对称流动行为进行系统研究 .在实际过程中, 由于 水口安装时的人为误差使得水口对中不良, 会引起 偏流现象;同时, 水口内部结瘤的不均匀也会导致水 口出口流股的不对称 .由此可见, 外在因素导致的 第 31 卷 第 6 期 2009 年 6 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .31 No.6 Jun.2009 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2009.06.013