第9期 邓小旋等：凝固坯壳对高拉速板还连铸结晶器液面特征的影响 ·1249· 1.2实验数据采集 区域由深至浅依次代表注人墨水后1~4s时刻结晶 采用向塞棒孔里注入蓝色墨水的方式显示结晶 器内的流场形态 器内流场.波高数据的采集使用DJ8O0型电容式波 高仪，波高数据测量时间约为30s,测量时间间隔为 0.05s.波高的测点如图3中的1~10所示.此外， 利用旋桨式流速仪(Miniwater6mini)测量距离结 晶器自由液面20mm的水平表面流速.该设备的原 理是：通过旋桨的转动输出连续的电压信号，经过数 据采集仪收集得到这种线性的电压信号进而转化为 流速值.该设备的测量频率可高达1Hz.表面流速 的测点如图3中的1*、3、5、7和9所示，数据 采集总时间为100s.该实验模拟的参数以及相应的 取值如表1所示. 525 109°87产654321 7 图4不同拉速凝固坯壳对结晶器流场的影响.(a)1.8m min1,有坯壳：(b)1.8 m.min-,无坯壳：(c)2.4 mmin-,有 还壳：(d)2.4mmin1,无坯壳 Fig.4 Effect of solidification shell on fluid flow in the mold at differ- ent casting speeds:(a)1.8m.min,with solidification shell;(b) 4404040404040404010110L8080L80L80. 1.8 m.min,without solidification shell;(c)2.4 m.min-,with 液面波动测点 表面流速测点 solidification shell:(d)2.4 m.min,without solidification shell 图3液面波动和表面流速测点示意图（单位：mm) 以图4(a)为例说明结晶器内钢液流场的变化 Fig.3 Schematic illustration of testing points for level fluctuation and 情况.当墨水加人1s后，射流股从水口吐出，流股 surface velocity unit:mm) 较为对称，并恰好撞击窄面：当墨水加人2$后，流股 表1水模型实验模拟的参数 分成两部分，一部分流股顺着窄面往上运行，另一部 Table 1 Casting parameters in water modeling 分沿着窄面往下发展：当墨水加人3s后，上部流股 结晶器尺寸 原型 水模型 向水口靠近，下流股继续往下运行：当墨水加人4s 宽度/mm 1050 1050 后，上流股一部分与水口出口的射流发生碰撞，另一 厚度/mm 247 247 部分与对面的表面流发生碰撞在液面形成漩涡，而 高度/mm 900 2000 此时下流股也开始往上折返并移向水口，形成所谓 模拟工艺参数 工艺参数取值 的“下回流”.在当前的工艺参数条件下，不管有无 拉速/(mmin-l) 1.8,2.4 坯壳，结晶器内的流场都是“双辊流”(double-roll 水口浸入深度/mm 110,130.150,170.190 ow).此外，通过对比有/无坯壳条件下结晶器内的 塞棒吹氩 西 流场，发现有坯壳条件下结晶器的流场出现轻微的 水口内径/mm 78 不对称现象.原因可能是在考虑坯壳条件下结晶器 水口出口角度/（°） 向下15 内钢液自由运动的空间变窄，内部流体的非稳定湍 水口出口形状 70mm×90mm 流的能量比无坯壳时大 水口底部形状 凹底 2.2对结晶器平均波高的影响 图5为两种拉速下不同浸人深度时，凝固坯壳 2 凝固坯壳的影响 对平均波高的影响.由图5(a)可见，不管对于哪种 浸人深度，有坯壳条件下的平均波高比无坯壳条件 2.1对结晶器内部流场的影响 下的大.以浸入深度170mm为例，有坯壳条件下的 图4为不同拉速时有无坯壳条件下注入的墨水 最大平均波高为4.2mm,比没有坯壳时的波高(3.7 在结晶器内的耗散示意图.通过墨水的耗散可以得 mm)大13%.高拉速条件下(2.4 m.min-),有坯壳 到钢液的流场随时间的动态变化过程.图4中颜色 的最大平均波高为5.9mm,比没有坯壳时的波高第 期 邓 小 旋 等 ： 凝 固 坯 壳 对 高 拉 速 板 坯连 铸结 晶 器 液 面特征 的 影 响 实 验数 据 采 集 区 域 由 深至浅依次代表注人墨水后 时刻结 晶 采用 向 塞棒孔 里注入蓝 色 墨水 的 方式显示结 晶 器 内 的 流场形态 器 内 流场 波高数据 的米集使用 型 电 容式 波 高 仪 ， 波高 数据测 量时 间 约 为 测 量时 间 间 隔 力 波高 酬点 如 图 中 的 所示 此外 ， 麵旋奖 式 流 速仪 测 量 距 离 结 晶 器 自 由 麵 。 的 平麵流 设 备 的 理是 ： 通过旋桨 的转 維出 连续 的 电 压信号 ， 经碰 ■丨 据采集仪收集得到 这种线性的 电 压信号进而转化 为 流速值 该设备的 测 量 频率可 高 达 表 面 流 速 酬点 如 图 中 的 、 、 、 和 所 示 ， 数 据 采 集 总 时 间 为 该实验模拟 的参数 以 及相 应 的 取值如 表 所示 ： 图 不 同 拉 速 凝 固 述 壳 对 ： 丨 通 结 晶 器 流 场 的 影 响 （ 隱 ， 有 述壳 ， 无 述 壳 ， 有 一 — 还 壳 ； ， 无述 壳 ： “ ； ； 液 面波动 测点 表 面流速测 点 图 液 面 波 动 和 表 面 流 速测 点 示 意 图 单 位 以 图 为 例 说 明 结 晶 器 内 钢 液 流 场 的 变 化 士 、 情 况 当 墨水 加 人 后 ， 射 流 股 从 水 口 吐 出 ， 流 股 ： 较 为 对称 ， 并恰好撞击 窄 面 当 墨水加 人 后 ， 流股 表 水模 型 实 验模拟 的 参数 分成两部 分 ， 一 部分流股顺着 窄 面往上运 行 ， 另 一 部 分沿着窄 面往下 发 展 ； 当 墨 水 加 入 后 ， 上 部 流 股 结 晶 器 尺 寸 原 型 水模 型 向 水 口 靠 近 ， 下 流 股继 续 往 下 运 行 ； 当 墨 水 加 入 宽 度 后 上 流股一 部 分与水 口 出 口 的 射流发生碰撞 ， 另 一 厚 度 部分与对 面 的 表面 流 发 生 碰撞 在 液 面 形 成漩 涡 ， 而 高 度 此 时 下 流股也开始 往 上 折返并 移 向 水 口 ， 形 成 所 谓 模拟 工艺参数 工 艺参 数取 值 的 “ 下 回 流 ” 在 当 前 的 工 艺 参数 条 件 下 ， 不 管 有 无 拉速 『 坯壳 ， 结 晶 器 内 的 流 场 都 是 “ 双 辊 流 ” （ 水 口 浸 人 深度 此外 ， 通过 对 比 有 无还壳 条件下结 晶 器 内 的 塞 棒 吹氩 否 流场 ， 发现有坯壳 条 件 下 结 晶 器 的 流 场 出 现 轻 微 的 水 口 内 不 对称现象 原 因 可能 是在考 虑 述壳 条件下结 晶 器 水 口 出 口 角 度 。 ） 向 下 内 钢 液 自 由 运动 的 空 间 变 窄 ， 内 部 流 体 的 非 稳 定瑞 水 口 出 口 形 状 丨 流 的 能量 比 无还壳 时大 水 口 底 部形 状 凹 底 对 结 晶 平 均 波 局 的 影 响 图 为 两 种 拉速 下 不 同 浸 人 深度 时 凝 固 坯壳 对平均波 高 的 影 响 由 图 可 见 ， 不 管对于 哪种 ‘ 浸人深度 ， 有坯壳 条件 下 的 平 均 波 高 比 无坯壳 条件 对结 晶 器 内 部流 场 的 影 响 下 的 大 以 浸人深度 为 例 有坯壳条件下 的 图 为 不 同 拉速时有 无坯壳条件下 注人的 墨 水 最大平均波高 为 ， 比没有 坯壳时 的 波 高 （ 在结 晶 器 内 的 耗散示意 图 通 过 墨水 的 耗 散 可 以 得 大 高拉速条件下 口乂 ！ ！！ ， 有坯壳 到 钢 液 的 流场 随时 间 的 动 态 变 化过程 图 中 颜 色 的 最 大平 均 波 高 为 比 没 有 坯 壳 时 的 波 高