第4期 邓小旋等：水口底部形状对高拉速板还连铸结晶器液面特征的影响 ·521· 手段对各频率信号分量进行分解，得到功率密度谱 相符.对比不同底部形状的水口发现，在较高频率 (power density spectrum)n阁.通过比较谱密度的功 （>0.05Hz),两种水口条件下液面波动的能量变化 率来衡量各个不同频率的信号分量的相对重要性以 不大.但是，在低频率范围(0.003~0.05Hz),凸底 找出信号中存在的主要周期性分量.功率密度谱分 水口的液面波动变化的功率比凹底水口大约10倍. 析（见图10(b)和图10(）)表明：大部分信号的功 低频率的液面波动变化四和表面流速变化会导 率（能量）都集中在小于0.1Hz的频率范围，且功率 致卷渣的发生.所以在高拉速条件下，使用凹底水 随着频率的增加呈现减小的趋势.这与Chaudhary 口有利于减少低频率的液面波动，从而更有利于减 等7、Yuan等、Lawson和Davidson回等的报道 小结晶器液面卷渣的发生 (a) 凹底水口 102 (b) 凹底水口 凸底水口 凸底水口 10 0 10 2 10 拉速：1.2m-in 结品器宽度：1300mm 102 拉速：1.2m-min 结品器宽度：1300mmm 500100015002000250030003500 102 10 10 10 时间 频率z 凹底水口 10 凹底水口 凸底水口 凸底水口 10 4 10 2 0 10 10 10 -b 拉速：1.75mmim 结品器宽度：1050mm 1 拉速1,75mmin 结品器宽度：1050mm 80 500100015002000250030003500 10- 时间s 102 10 频率川z 图10拉速分别为1.2与1.75mmin1浇次的结晶器液面波动(a,c)及其功率谱分析(b,d) Fig.10 Level fluctuation (a,c)and its power density spectra (b,d)at the casting speed of 1.2mmin and 1.75mmin,respectively 本实验研究了不同水口底部形状与不同凹底井 的结晶器液面波动大于平底和凹底，平底和凹底下 深对液面特征的影响，但在工业试验中仅对比验证 结晶器的液面波动变化不大.表面流速的变化规律 了凹底和凸底水口的现场使用效果，下一步的工作 为凸底水口>平底水口>凹底水口，表面流速的变 将在工业试验中验证不同井深对现场液面波动以及 化规律与流场示踪显示的上回流的发达程度保持 产品质量的影响. 致. 4结论 (3)研究了凹底水口的井深对结晶器液面特征 的影响.结果发现井深为10mm的凹底水口可以有 (1)对比凹底、凸底和平底水口下结晶器内的 效降低结晶器液面的波动和表面流速.机理分析表 流场可以发现：从对称性上来看，凹底水口和平底水 明：井深为10mm的凹底水口产生的光滑流股导致 口条件下的对称性优于凸底水口.从上回流的形态 了其结晶器内流场的对称性优于凹底和平底水口. 来看，其发达程度依次为凸底水口>平底水口>凹 在实际高拉速实践时选用这种水口可以避免卷渣的 底水口.从下回流的形态来看，其发达程度与上回 发生，提高铸坯和后续轧板的表面质量. 流的相反.流股发达程度依次为凹底水口>平底水 (4)工业试验对比分析了凹底和凸底的两种与 口>凸底水口. 水力学模拟的尺寸完全一致的水口，发现凸底水口 (2)在拉速为1.8mmin-时，凸底水口条件下 条件下结晶器的液面波动大于凹底水口.功率谱分第 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 手段对各频率信号分量进行分解，得到功率密度谱 ( power density spectrum) ［18］． 通过比较谱密度的功 率来衡量各个不同频率的信号分量的相对重要性以 找出信号中存在的主要周期性分量． 功率密度谱分 析( 见图 10( b) 和图 10( d) ) 表明: 大部分信号的功 率( 能量) 都集中在小于 0. 1 Hz 的频率范围，且功率 随着频率的增加呈现减小的趋势． 这与 Chaudhary 等［17］、Yuan 等［14］、Lawson 和 Davidson ［19］等的报道 相符． 对比不同底部形状的水口发现，在较高频率 ( ＞ 0. 05 Hz) ，两种水口条件下液面波动的能量变化 不大． 但是，在低频率范围( 0. 003 ～ 0. 05 Hz) ，凸底 水口的液面波动变化的功率比凹底水口大约 10 倍． 低频率的液面波动变化［20］和表面流速变化［15］会导 致卷渣的发生． 所以在高拉速条件下，使用凹底水 口有利于减少低频率的液面波动，从而更有利于减 小结晶器液面卷渣的发生． 图 10 拉速分别为 1. 2 与 1. 75 m·min － 1浇次的结晶器液面波动( a，c) 及其功率谱分析( b，d) Fig． 10 Level fluctuation ( a，c) and its power density spectra ( b，d) at the casting speed of 1. 2 m·min － 1 and 1. 75 m·min － 1，respectively 本实验研究了不同水口底部形状与不同凹底井 深对液面特征的影响，但在工业试验中仅对比验证 了凹底和凸底水口的现场使用效果，下一步的工作 将在工业试验中验证不同井深对现场液面波动以及 产品质量的影响． 4 结论 ( 1) 对比凹底、凸底和平底水口下结晶器内的 流场可以发现: 从对称性上来看，凹底水口和平底水 口条件下的对称性优于凸底水口． 从上回流的形态 来看，其发达程度依次为凸底水口 ＞ 平底水口 ＞ 凹 底水口． 从下回流的形态来看，其发达程度与上回 流的相反． 流股发达程度依次为凹底水口 ＞ 平底水 口 ＞ 凸底水口． ( 2) 在拉速为 1. 8 m·min － 1 时，凸底水口条件下 的结晶器液面波动大于平底和凹底，平底和凹底下 结晶器的液面波动变化不大． 表面流速的变化规律 为凸底水口 ＞ 平底水口 ＞ 凹底水口，表面流速的变 化规律与流场示踪显示的上回流的发达程度保持 一致． ( 3) 研究了凹底水口的井深对结晶器液面特征 的影响． 结果发现井深为 10 mm 的凹底水口可以有 效降低结晶器液面的波动和表面流速． 机理分析表 明: 井深为 10 mm 的凹底水口产生的光滑流股导致 了其结晶器内流场的对称性优于凹底和平底水口． 在实际高拉速实践时选用这种水口可以避免卷渣的 发生，提高铸坯和后续轧板的表面质量． ( 4) 工业试验对比分析了凹底和凸底的两种与 水力学模拟的尺寸完全一致的水口，发现凸底水口 条件下结晶器的液面波动大于凹底水口． 功率谱分 ·521·