第8期 陆巧形等：F数计算及其与板坯连铸结晶器内钢水卷渣的关系 ,813 (3)钢水撞击结晶器窄边的速度V。·根据确定 的撞击点即可通过CFX的后处理程序从数值模拟 计算结果中调出钢水在撞击点的碰撞速度V。 (4)撞击角度0. 0=ad an法 (11) 1.0ms 式中，H为水口浸入深度，即水口出口中心线到自 由面的距离，m (5)钢水流量Q1· OL=WTVo/60 (12) 式中，T为结晶器厚度，m:Vo为拉速，mmin~1 …-e111 将用上述方法得到的各工况下计算F数所需 /1 的数据分别代入式(1)，并取钢液密度P为 7020kgm-3,即可计算出各工况下的F数 。年年年卡卡卡年手g男果年事年卡e=n 这种F数的计算方法省去了用水模型来确定 .1 系列的由水口确定的计算参数，不但减少了实验 …1 。,40+440…-+4川小 过程中不确定因素对计算结果的影响，而且扩大了 计算F数的适用范围，克服了前人研究中获得的计 算参数无法完全应用于其他情况的弊端 3.3F数与液面波动的关系 图2水口及结晶器流场 钢液面的波动幅度通常被用作判断结晶器内钢 Fig.2 Calculated flow field of steel in the nozzle and model 水是否会将保护渣卷入的条件，本文借用相应水模 3.2F数的计算 型实验的结果对F数与液面波动的关系进行分析， 利用对板坯结晶器流场的三维数值模拟结果， 水模型实验是在1：1的模型上进行的，以距结晶器 可以得到计算F数所需的相应数据，具体方法 窄面50mm和350mm处的表征钢液面波动的平均 如下， 波高为标准进行研究， (1)撞击点的确定，用C℉X软件的后处理程 图3为距结晶器窄面50mm和350mm处的平 序，在结晶器流场计算结果中取结晶器窄面纵向中 均波高与F数的关系图，可以看出：随着表征水口 心线上z向剪切力等于零的点为钢液流股与结晶 出流流股传递给钢液面的动量一F数的增加，钢 器窄面的撞击点 液面的波动加剧，即随着F数的增加，钢液卷入保 (2)撞击点与自由面之间的距离D,根据确定 护渣的趋势增加.由图3还可以看出：当F数在 的撞击点坐标，即可计算出其与自由面之间的距 3~5的范围内变化时，板坯结晶器内钢液的平均波 离D 高在3~8mm之间，即液面波动范围在士(3~ 6 6 60 4 4 6 4 F数 F数 (a)测点距离品解窄面50mm (b)测点距结品群窄面350mm 图3平均波高与F数的关系 Fig.3 Relationship between level fluctuation and Fvalue图2 水口及结晶器流场 Fig．2 Calculated flow field of steel in the nozzle and model 3∙2 F 数的计算 利用对板坯结晶器流场的三维数值模拟结果‚ 可以得到计算 F 数所需的相应数据．具体方法 如下． （1） 撞击点的确定．用 CFX 软件的后处理程 序‚在结晶器流场计算结果中取结晶器窄面纵向中 心线上 z 向剪切力等于零的点为钢液流股与结晶 器窄面的撞击点． （2） 撞击点与自由面之间的距离 D．根据确定 的撞击点坐标‚即可计算出其与自由面之间的距 离 D． （3） 钢水撞击结晶器窄边的速度 V e．根据确定 的撞击点即可通过 CFX 的后处理程序从数值模拟 计算结果中调出钢水在撞击点的碰撞速度 V e． （4） 撞击角度θ． θ＝arctan D— H W／2 （11） 式中‚H 为水口浸入深度‚即水口出口中心线到自 由面的距离‚m． （5） 钢水流量 QL． QL＝ WTV0／60 （12） 式中‚T 为结晶器厚度‚m；V0 为拉速‚m·min —1． 将用上述方法得到的各工况下计算 F 数所需 的数 据 分 别 代 入 式 （1）‚并 取 钢 液 密 度 ρ 为 7020kg·m —3‚即可计算出各工况下的 F 数． 这种 F 数的计算方法省去了用水模型来确定 一系列的由水口确定的计算参数‚不但减少了实验 过程中不确定因素对计算结果的影响‚而且扩大了 计算 F 数的适用范围‚克服了前人研究中获得的计 算参数无法完全应用于其他情况的弊端． 3∙3 F 数与液面波动的关系 钢液面的波动幅度通常被用作判断结晶器内钢 水是否会将保护渣卷入的条件．本文借用相应水模 型实验的结果对 F 数与液面波动的关系进行分析． 水模型实验是在1∶1的模型上进行的‚以距结晶器 窄面50mm 和350mm 处的表征钢液面波动的平均 波高为标准进行研究． 图3为距结晶器窄面50mm 和350mm 处的平 均波高与 F 数的关系图．可以看出：随着表征水口 出流流股传递给钢液面的动量———F 数的增加‚钢 液面的波动加剧‚即随着 F 数的增加‚钢液卷入保 护渣的趋势增加．由图3还可以看出：当 F 数在 3～5的范围内变化时‚板坯结晶器内钢液的平均波 高在3～8mm 之 间 ‚即 液 面 波 动 范 围 在 ±（3～ 图3 平均波高与 F 数的关系 Fig．3 Relationship between level fluctuation and F value 第8期 陆巧彤等： F 数计算及其与板坯连铸结晶器内钢水卷渣的关系 ·813·