Vol.21 No.6 包燕平等：薄板坯结晶器内卷渣现象的研究 ·531· 此，本次实验选择水/液体石蜡/聚乙烯粒子分别 (2)剪切卷渣.通过实验发现，当拉速大到一 模拟钢水液态渣/固态渣.为了观察方便，把液体 定程度或浸入深度小到一定程度时，在液面处对 石蜡染成黄色，聚乙稀粒子染成红色 称地形成两驻波，在驻波波谷处，液态保护渣受 B 从波峰处下降的钢液的剪切作用，卷入钢液流 场 保护渣层 卷渣主要发生3处：在结晶器的正中心（如 图3A),两股流股在此相汇，引起旋涡卷渣；在 水口的两侧（如图3B),负压导致旋涡卷渣：在 靠近结晶器窄边处（如图3C),驻波形成卷渣 旋涡卷渣时其旋转方向是固定的.当然每次实验 有可能仅出现其中的某1个或者某2个卷渣点， 卷渣点的具体位置也因每次实验参数的变化而 有所变化，但经多次实验观察，可以看到，卷渣均 在这3处附近. 2.2卷渣因素分析 (1)拉速对卷渣的影响. 图3卷渣位置A,B,C为卷渣处 1)拉速对液面波动的影响.见图4.从图上可 本实验各工艺参数及实验值如下表1所示 以看到无论有无保护渣，随拉速的增大液面波高 表1实验工艺参数及其各实验水平值 都增大.比较2条曲线的斜率可知，加入保护渣 工艺参数 实验值 后对拉速的敏感程度降低，这是因为随着拉速增 拉速/n.min 4.05.0 5.5 6.06.5 加，结晶器内部的射流交换速度加快，从水口注 浸入深度/cm17.521.024.528.031.5 入的射流量增加，流速也会相应加快，这些都将 双侧孔出口倾角向上5向下5向下15向下259一 使液面波动更加剧烈；当加入液态保护渣后，液 水口类型双侧孔倒V型T型 面处的表面张力增大，形成旋涡的能力降低 0.50 2实验结果及分析 0.40 2.1卷渣方式 0.30 通过实验发现卷渣方式主要有2种：(1)旋 0.10 一无渣 涡卷渣.研究表明，在浸入式水口附近存在漩涡. 0.20 一一有渣 其形成机理，一是在结晶器中心处，由于出口不 0.00 对称等因素造成的两出口流股速度不对称，致使 4.0 4.5 5.0 5.5 6.06.5 2个上回流流股在水口附近相互作用，当两流股 v/m.min 的速度差达到一定值时，在速度较小的一侧将产 图4拉速()对液面波高(h)的影响 生旋转流动，进而产生漩涡：二是由于射流从水 2)拉速对渣层的影响.表2列出了拉速对保 口流出时形成的负压，导致在水口两侧处形成汇 护渣的分布、卷入量、卷入深度的影响 流旋涡 表2拉速变化对卷渣的影响 v/m.min" 保护渣分布情况 卷渣量 卷入位置及方式 卷入深度/cm和卷入量 4.0 保护渣分布均匀，液面平静，几乎不被冲开 少 A,B点以旋涡状卷入35大部分，115少量 5.0 保护渣几乎不被冲开，其中固态渣分布均匀 而液态渣中心多，两边少 中 A,B点以旋涡状卷入35大部分，115少量 5.5 结晶器宽面两侧的渣面被冲开，出现裸露 中 B点以旋涡状卷入， 45大部分，115少量 A点偶尔发生卷渣 6.0 距中心45cm处的渣面较易被冲开，出现裸露 B点以旋涡状卷入， 35大部分，115少量 A点偶尔发生卷渣 6.5 渣面很容易被冲开，出现裸露，在结晶器宽边 A点以旋涡状卷入， 距中心32cm处出现厚渣层 多 C点以剪切的方式进入 115大部分，35少量V 6 1 . 2 1 N O 一 6 包燕平等 :薄板坯结 晶器 内卷渣现象的研究 此 , 本次实验选择水 /液体石蜡 /聚乙 烯粒子分别 模拟钢水/液态渣/固态渣 . 为了观察方便 , 把液体 石蜡染成黄色 , 聚乙烯粒子染成红色 . 子厂汽飞 \ ~ 一一一 产 夕 图 3 卷渣位置 A , B , C 为卷渣处 本实验各工艺参数及实验值如下表 1 所示 . 表 1 实验工艺参数及其各实验水平值 工 艺参数 实验值 拉速m/ · m i n 一 , 4 . 0 5 . 0 5 5 6 . 0 6 . 浸入深度/ e m 1 7 . 5 2 1 . 0 2 4 . 5 2 8 . 0 3 1 双侧孔出口倾角 向上 5 9 向下 5 “ 向下 15 “ 向下 25 , - 水 口类型 双侧孔倒 V 型 T 型 一 一 (2 ) 剪切 卷渣 . 通过实验发现 , 当拉速大到一 定程度或浸入深度小到一 定程度时 , 在液面处对 称地形成两驻波 . 在驻波波谷处 , 液态保护渣受 从波 峰处 下 降的钢 液的剪切作用 , 卷入钢液流 场 . 卷渣主 要发生 3 处 : 在结晶器的正 中心 ( 如 图 3 A ) , 两股流股在此相汇 , 引起旋涡 卷渣 ; 在 水 口 的两侧 ( 如图 3 B ) , 负压导致旋涡 卷渣 ; 在 靠近结晶器窄边处 ( 如图 3 C ) , 驻波形 成卷渣 . 旋涡卷渣 时其旋转方向是固定 的 . 当然每次实验 有可能仅 出现其 中的某 1 个或者某 2 个卷渣点 , 卷渣点 的具体位置 也因每 次实验参数的变化而 有所变化 , 但经多次实验观察 , 可以看到 , 卷渣均 在这 3 处 附近 . 2 . 2 卷 渣因素分析 ( l) 拉速对卷渣 的影响 . l) 拉速对液面波动的影响 . 见图 4 . 从 图上 可 以看到无论有无保护渣 , 随拉速 的增大液面波高 都增大 . 比较 2 条 曲线的斜率可知 , 加入保护渣 后 对拉速的敏感程度降低 , 这是因为随着拉速增 加 , 结 晶器内部的射流交换速度加快 , 从水 口注 入 的射流量增加 , 流速也会相应加快 , 这些都将 使液面波动 更加 剧烈 ; 当加入液态保护渣后 , 液 面处的表面张力增大 , 形成旋涡 的能力降低 . 2 实验结果及分析 2 . 1 卷渣方式 通过实验发现卷渣方式主要 有 2 种 : ( l) 旋 涡卷渣 . 研究表明 , 在浸入式水口 附近存在漩涡 . 其形成机理 , 一是在结晶器中心处 , 由于 出 口 不 对称等因素造成 的两 出 口 流股速度不对称 , 致使 2 个上回流流股在水 口 附近相互作用 , 当两流股 的速度差达到一 定值时 , 在速度较小的一侧将产 生旋转流动 , 进而产生漩涡 ; 二是 由于射流从水 口 流出时形成的负压 , 导致在水 口两侧处形成汇 流旋涡 . 日 之, 之 0 . 0 0 _ _ . 4 . 0 4 . 5 5 . 0 5 . 5 6 . 0 6 . 5 v /m · m i n 一 ’ 图 4 拉速(v) 对液面波高 (h) 的影响 2 ) 拉速对渣层 的影 响 . 表 2 列出了拉速对保 护渣的分布 、 卷入量 、 卷入深度的影响 . 表 2 v m/ · m l n 一’ 保护渣分布情况 拉速变化对卷渣的影响 卷渣量 卷入位 置及 方式 卷 入深度 c/ m 和卷入量 保护渣分布均匀 , 液面平静 ,几 乎不被冲开 飞翱燕香兀了不颧 1 1)氏浮舀于 . 适卜酥渣芬希西匀 而液态渣 中心 多 , 两边少 结晶器宽面两侧 的渣面被冲开 , 出现裸露 A , B 点以旋涡状卷 入 A , B 点以旋涡状卷入 B 点以旋 涡状 卷入 , A 点偶尔发生卷渣 B 点以旋 涡状卷 入 , A 点偶尔发生卷渣 A 点 以旋涡状卷入 , C 点 以剪切的方式进 入 3 5 大部分 , 1巧 少量 3 5 大部分 , 1 1 5 少量 4 5 大部分 , 1 1 5 少量 距 中心 45 c m 处 的渣面较 易被冲 开 , 出现裸露 渣 面很容 易被冲 开 , 出现裸露 , 在结 晶器宽边 距中心 32 c m 处出现 厚渣层 3 5 大部分 , 1 15 少量 1 1 5 大部分 , 3 5 少量