第4期 邓小旋等：水口底部形状对高拉速板坯连铸结晶器液面特征的影响 ·517· 真实地模拟现场的操作条件，实验采用与某钢厂 表1水模型实验模拟的参数及其取值 尺寸一致的塞棒装置控流并使用步进电机来控制 Table 1 Casting parameters and values in water modeling 塞棒的升降 尺寸参数 结品器原型 水模型 结品器宽度/mm 1300 1300 U U UI UU UU 结晶器厚度/mm 247 247 15 并深 结晶器高度/mm 900 2000 水口角度/() 15 5 128 mm 28 mn 28m 28 mm 水口内径/mm 78 78 模拟工艺参数 工艺参数取值 图2浸入式水口结构示意图.()凹底水口：(b)凸底水口： 拉速/(mmin-l) 1.4,1.8 (c)平底水口：(d)凹底-l0水口 水口浸入深度/mm 110,130,150,170,190 Fig.2 Geometry and dimensions of four SENs:(a)well-bottom 水口类型 凹底，凸底，平底，凹底-10mm SEN:(b)mountain-bottom SEN:(c)flat-bottom SEN:(d)well- bottom-10 SEN 标.该铸机结晶器的液面波动采用涡流式液面波动 本水模型实验采用向模拟的塞棒孔里注入蓝墨 检测仪实时在线监测且监测的时间间隔为0.0061s. 水的方式来显示流场且采用中国水利科学研究院研 为了单因素分析水口底部形状对结晶器液面特征的 制的DJ800型电容式波高仪采集波高数据.每个测 影响，选取该钢厂稳定拉速分别为1.20和1.75m· 点的波高数据的采集时间为60s,采集时间间隔为 min-l的生产同一钢种的两个浇次的液面波动数据 0.05s.本实验中液面波动的测点有九个，分别如图 进行分析.对于拉速为1.2m·min-1的浇次，浇铸的 3中1"~9所示.本实验利用旋桨式流速仪(Mii- 钢种为SPHC,前四炉使用的是凹底水口，后四炉选 water6mini)测量距离结晶器自由液面20mm处的 用的是凸底水口.选取不同底部形状水口条件下液 水平表面流速.该流速仪通过旋桨的转动可以连续 面波动数据的方法是：选取前四炉中拉速稳定为 的输出线性的电压信号，经过数据采集仪 1.2mmin-1的时间段约为1750s时的液面波动数 (DaqPRO5300)收集得到这种电压信号进而转化 据作为凹底水口条件下的稳定液面波动数据，选取 为表面流速值.该流速仪可以连续的测量结晶器自 后四炉浇铸时间内拉速稳定为1.2m·min-约1750s 由液面的表面流速，测量频率可达到1Hz.在本实 时间段内的液面波动数据作为凸底水口条件下的稳 验中表面流速的测点有五个，分别如图3中的1、 定液面波动数据.拉速为1.75mmin-1的浇次也采 3、5·、7和9所示.表面流速数据的采集时间为 用上述的方法选取凹底水口和凸底水口的稳定液面 200s.实验模拟的参数以及相应的取值见表1 波动数据.每个浇次统计的液面波动数据总量为 所示 2.9×105个. 98765￡32 2水力学模型实验结果分析 2.1水口底部形状对结晶器流场的影响 图4(a)、(b)和(c)分别为凹底、平底和凸底水 6060606060606060601011012012012012060 口条件下注入的墨水在结晶器内的耗散，通过墨水 液面波动测点 表面流速测点 的耗散可以大致得到不同水口条件下结晶器内钢液 图3液面波动和表面流速测点示意图（单位：mm) 的流场.图中颜色区域由深至浅依次代表注入墨水 Fig.3 Schematic diagram of testing points for level fluctuation and surface velocity (unit:mm) 1~4s时结晶器内的流场形态.现以平底水口为例 来描述整个流场发展过程.当墨水加入1s时，水流 1.2工业试验 从水口吐出，流股较为对称：当墨水加入时间为2s 工业试验在某钢厂的3"铸机上进行，该铸机为 时，流股撞击窄面并分成两股流场，一种流股为顺着 双流铸机，钢包容量为300t,中包容量为80t,主要 窄面往上发展，一种为沿着窄面往下发展；当墨水加 浇铸低碳铝镇静钢.工业试验的目的是对比不同底 入时间为3s时，上流股到达弯月面附近，并开始向 部形状的水口在实际工业生产中的应用效果.本文 水口靠近，下流股继续往下发展；当墨水加入时间达 选取结晶器的液面波动作为工业应用效果的评价指 到4s时，上流股达到水口处并形成上回流，下流股第 4 期 邓小旋等: 水口底部形状对高拉速板坯连铸结晶器液面特征的影响 真实地模拟现场的操作条件，实验采用与某钢厂 尺寸一致的塞棒装置控流并使用步进电机来控制 塞棒的升降． 图 2 浸入式水口结构示意图． ( a) 凹底水口; ( b) 凸底水口; ( c) 平底水口; ( d) 凹底--10 水口 Fig． 2 Geometry and dimensions of four SENs: ( a) well-bottom SEN; ( b) mountain-bottom SEN; ( c) flat-bottom SEN; ( d) well￾bottom-10 SEN 本水模型实验采用向模拟的塞棒孔里注入蓝墨 水的方式来显示流场且采用中国水利科学研究院研 制的 DJ800 型电容式波高仪采集波高数据． 每个测 点的波高数据的采集时间为 60 s，采集时间间隔为 0. 05 s． 本实验中液面波动的测点有九个，分别如图 3 中 1# ～ 9# 所示． 本实验利用旋桨式流速仪( Mini￾water 6 mini) 测量距离结晶器自由液面 20 mm 处的 水平表面流速． 该流速仪通过旋桨的转动可以连续 的输出线性的电压信号，经过数据采集仪 ( DaqPＲOTM 5300) 收集得到这种电压信号进而转化 为表面流速值． 该流速仪可以连续的测量结晶器自 由液面的表面流速，测量频率可达到 1 Hz． 在本实 验中表面流速的测点有五个，分别如图 3 中的 1' # 、 3' # 、5' # 、7' # 和 9' # 所示． 表面流速数据的采集时间为 200 s． 实验模拟的参数以及相应的取值见表 1 所示． 图 3 液面波动和表面流速测点示意图( 单位: mm) Fig． 3 Schematic diagram of testing points for level fluctuation and surface velocity ( unit: mm) 1. 2 工业试验 工业试验在某钢厂的 3# 铸机上进行，该铸机为 双流铸机，钢包容量为 300 t，中包容量为 80 t，主要 浇铸低碳铝镇静钢． 工业试验的目的是对比不同底 部形状的水口在实际工业生产中的应用效果． 本文 选取结晶器的液面波动作为工业应用效果的评价指 表 1 水模型实验模拟的参数及其取值 Table 1 Casting parameters and values in water modeling 尺寸参数 结晶器原型 水模型 结晶器宽度/mm 1300 1300 结晶器厚度/mm 247 247 结晶器高度/mm 900 2000 水口角度/( °) 15 15 水口内径/mm 78 78 模拟工艺参数 工艺参数取值 拉速/( m·min － 1 ) 1. 4，1. 8 水口浸入深度/mm 110，130，150，170，190 水口类型 凹底，凸底，平底，凹底--10 mm 标． 该铸机结晶器的液面波动采用涡流式液面波动 检测仪实时在线监测且监测的时间间隔为0. 0061 s． 为了单因素分析水口底部形状对结晶器液面特征的 影响，选取该钢厂稳定拉速分别为 1. 20 和 1. 75 m· min － 1 的生产同一钢种的两个浇次的液面波动数据 进行分析． 对于拉速为 1. 2 m·min － 1 的浇次，浇铸的 钢种为 SPHC，前四炉使用的是凹底水口，后四炉选 用的是凸底水口． 选取不同底部形状水口条件下液 面波动数据的方法是: 选取前四炉中拉速稳定为 1. 2 m·min － 1 的时间段约为 1750 s 时的液面波动数 据作为凹底水口条件下的稳定液面波动数据，选取 后四炉浇铸时间内拉速稳定为 1. 2 m·min － 1 约1750 s 时间段内的液面波动数据作为凸底水口条件下的稳 定液面波动数据． 拉速为 1. 75 m·min － 1 的浇次也采 用上述的方法选取凹底水口和凸底水口的稳定液面 波动数据． 每个浇次统计的液面波动数据总量为 2. 9 × 105 个． 2 水力学模型实验结果分析 2. 1 水口底部形状对结晶器流场的影响 图 4( a) 、( b) 和( c) 分别为凹底、平底和凸底水 口条件下注入的墨水在结晶器内的耗散，通过墨水 的耗散可以大致得到不同水口条件下结晶器内钢液 的流场． 图中颜色区域由深至浅依次代表注入墨水 1 ～ 4 s 时结晶器内的流场形态． 现以平底水口为例 来描述整个流场发展过程． 当墨水加入 1 s 时，水流 从水口吐出，流股较为对称; 当墨水加入时间为 2 s 时，流股撞击窄面并分成两股流场，一种流股为顺着 窄面往上发展，一种为沿着窄面往下发展; 当墨水加 入时间为 3 s 时，上流股到达弯月面附近，并开始向 水口靠近，下流股继续往下发展; 当墨水加入时间达 到 4 s 时，上流股达到水口处并形成上回流，下流股 ·517·