板坯结晶器内流场的物理模拟及分析
板坯连铸结晶器非稳态流场的模拟研究
第31卷第6期2009年12月甘 肃 冶 金G ANS U MET ALLURGYVol.31 No.6Dec.,2009文章编号:167224461(2009)0620001203板坯连铸结晶器非稳态流场的模拟研究王永胜1,王新华2,王万军2(1.酒钢集团有限责任公司,甘肃嘉峪关735100; 2.北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083)摘 要:本文运用数值模拟研究方法,研究高拉速厚板坯连铸非稳态结晶器流动特性,研究浸入式水口堵塞、水口不对中对结晶器流场、液面流速和对初生坯壳的影响。
高拉速厚板坯连铸,铸坯质量下降,90%表面缺陷集中在铸坯边角区域,最严重的缺陷是铸坯中心和角部纵裂。
非稳态工况对结晶器的流场影响因素更为显著,研究发现水口堵塞程度、水口出口流速、流量分配比是结晶器液面流速不对称、液面波动的主要影响因素,水口不对中是钢液流股对结晶器初生坯壳局部热冲击的主要因素,因此高拉速连铸应尽量避免非稳态工况操作,确保产品质量和效率的双赢。
关键词:高拉速;非稳态连铸;结晶器;液面波动中图分类号:TF777.1文献标识码:AResearch of Mathe mati calM odels to the M old for theSl ab Unsteady Conti n uous Casti n gWANG Yong2sheng1,WANG Xin2hua2,WANG W an2jun2(1.J iuquan Ir on&Steel Gr oup L td.,J iayuguan735100,China;2.School of Metallurgical and Ecol ogical Engineering of University of Science and Technol ogy,Beijing100083,China)Abstract:M athe matical model rep resent a powerful t ool for gaining insight int o the p r oducti on sequence of the steel.Thr ough mathe matical model in fluid fl ow of mold in high s peed slab unsteady continuous casting,The tuck of the sub2 merged entry nozzle are main fact effects t o the vel ocities values in the mold,I n high s peed slab continuous casting,The effect degree for technics para meter t o liquidity of steel in mold is large than in l ow2s peed slab continuous casting.with the s peed of slab continuous casting become higher and higher,the fluctuating of steel level become severity,the dep th of i m2 p inge ment incraeased.the quality of slab deteri orated.The op ti m izing of the sub merged entry nozzle and matching for mold and electr omagnetis m are i m portant t o high s peed slab continuous casting.Key W ords:high2s peed;unsteady continuous casting;mold;the fluctuating of level1引言 结晶器是钢铁稳定、高效、洁净生产流程中的最后一个控制环节,也是最关键的环节,适宜的结晶器流场特性可以使钢液中夹杂物和气泡上浮,防止卷渣,使保护渣熔化充分,在坯壳与结晶器之间形成均匀的渣膜,保证连铸润滑和结晶器传热,减少钢液流股对初生凝固坯壳的冲刷。
板坯连铸结晶器流场及液面波动水模研究
第6期 2009年12月连铸Continuous CastingNo.6December 2009板坯连铸结晶器流场及液面波动水模研究王永胜1, 王新华2, 王万军2(1.酒泉钢铁(集团)有限公司碳钢薄板厂,甘肃嘉峪关735100;2.北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083)摘 要:以我国实际生产的某结晶器为原型,建立1∶1有机玻璃水模型,模拟研究了结晶器断面和中间包液位对板坯连铸结晶器流场形态和结晶器液面波动的影响。
中间包液位改变了水口出口的压力从而使结晶器流场和液面波动发生变化。
通过实验研究进一步认识了板坯连铸结晶器液面波动及其影响因素,并用以指导高质量连铸坯的生产。
关键词:结晶器;流场;液面波动;中间包液位中图分类号:TF777.1 文献标识码:A 文章编号:100524006(2009)0620013204W ater Modeling Study on Flow Field and Surface W avein Slab Continuous C asting MoldWAN G Y ong 2sheng 1, WAN G Xin 2hua 2, WAN G Wan 2jun 2(1.Carbon Steel Sheet Plant ,Jiuquan Iron and Steel Group Co.,L td.,Jiayuguan 735100,Gansu ,China ;2School of Metallurgical and Ecological Engineering ,University of Science and Technology Beijing ,Beijing 100083,China )Abstract :According to the mold for slab caster ,a water model in the ratio of 1to 1was established in order to study the effect of the mold section and the level of steel in tundish on the flow field and surface wave of molten steel in the mold.The pressure of steel flow on SEN outlet changes due to change of the level of steel in tundish.Then the flow field and surface wave of molten steel in the mold change too.The surface wave of molten steel in the mold and in 2fluence factors were further clearly recognized to guide the production of high quality slab.K ey w ords :mold ;flow field ;surface wave ;level of steel in tundish作者简介:王永胜(19732),男,博士,高级工程师; E 2m ail :wysmetal @ ; 修订日期:2009205206 结晶器内钢液的流场形态,特别是结晶器液面波动直接影响铸坯质量[1]。
天钢板坯结晶器流场物理模拟及连铸工艺优化
３１ 液 面波 动 测 量 ．
３ ． 冲击 压力实验结果分析 ．２ ２ 为减少水 口射流对坯壳 的冲刷 ， 要求 冲击压力 要 尽量小 。从 表 ２中可 以看 出 ， 各断面及拉 速条件下 各 测点 的 冲击 压力都 很小 ， 很多测 点测 量值 为 负 （ 量 测
动 、卷渣 等情况 引起 的铸 坯夹 杂物及 表 面缺陷 等问
题。
６
２ 试验原理及水模 的建立
２ １ 实验 方 法 ．
结 晶器 内 的钢 液在流 动 时受到 的作用力 ：惯 性
力、 重力 、 粘性力 及表面张力 ， 含这些力 的相似 准数 包 有： 雷诺 准数 （ ）弗鲁 德准数 （ 和 韦伯准数 （ ） 、 ） Ｗ 。
的表 现形式 ， 如果结 晶器液 面过于平 静 ， 导致 结 晶 会
器 内保 护渣熔 化不好 ， 造成铸 坯表 面缺 陷 ， 严重 时可 能会造成钢水液 面凝 固结壳 ， 导致结 晶器 漏钢 。如果
结 晶器 液面波 动太大 ， 会造 成结 晶器 卷渣 、 钢水 二次 氧化 ， 同样会导致铸坯 夹杂与表面缺 陷。本文通过结 晶器 的水 模实 验［］ １， － 主要包 含液 面波动 的测量 、 ５ 冲击 深 度的测量及结 晶器流场 演示 ， 进行结 晶器钢 液面保 护渣覆盖情况 的物理模 拟 ， 归纳其变化规 律及 产生铸 坯 内部夹杂和表面缺 陷的原因 ， 给连铸工 艺的优 化提 供 理论依 据 ， 解决连铸生 产过程 中因为结 晶器液 面波
表 ２ 流 股 对 侧 壁 冲 击 压 力
： ： － ７１ Ｖ ０ ０ √ ７ …
（） ４
拉速
： ｈｕ＂ Ａ２ Ａ２ ． ５
几 ｚ一 几
薄板坯连铸结晶器流场模拟和验证
2. 1 紊流验证 为了对紊流模拟进行验证 ,本研究对一个板坯连
铸结晶器中的紊流流场进行了模拟 ,并先与文献 [ 9 ] 报道结果相对比 。模拟条件如表 1 所示 ,水口出口处 的雷诺数为 1. 9 ×105左右 。具体的模型说明可以参 看文献[ 9 ] 。
为了和文献[ 9 ]计算条件一致 ,该算例中在水口 出口处 采 用 绑 定 结 晶 器 入 口 处 速 度 矢 量 的 入 口 条 件 。图 1 是结晶器中心宽面上的流场分布 。图 1 (a)
收稿日期 :2005 - 01 - 27 基金项目 :国家自然科学基金资助项目 (项目编号 :50474088) 。 作者简介 :张桂芳 (1965 —) ,女 ,河南焦作人 ,昆明理工大学副教授 ,在站博士后 ,主要从事材料加工研究 。
·3 2 · 钢 铁 钒 钛 2005 年第 26 卷
通常 ,在壁面附近存在一个粘性支层 。在这个粘 性支层中 ,速度梯度和温度梯度都很大 ,如果采用一 般的方法 ,将需要布置相当多的节点 。如果采用壁面 函数 ,可以在粘性支层中不布置任何节点 ,把第一个 与壁面相邻的内节点布置在旺盛紊流区域内 ,通过一 些特定的计算公式求解 。不同的研究者对壁面函数 采用了不同的表达形式和处理方式 。经过反复数值 实验 ,本研究在原有程序基础上进行了改进 ,经过测 试可以得到更好的计算准确度和收敛性 。计算过程 的收敛性和稳定性可以通过系统总体残差或 SIM2 PLER 方法中压力修正方程的“质量源”项[5]的大小来 评价 。
第 26 卷第 2 期 2005 年 6 月
钢 铁 钒 钛
IRON STEEL VANADIUM TITANIUM
Vol . 26 ,No. 2 June 2005
板坯连铸结晶器内部流场的数值模拟
板坯连铸结晶器内部流场的数值模拟汤磊;张炯明;董其鹏;韩立磊【摘要】连铸结晶器作为控制钢水清洁度的最后环节,结晶器液面波动不仅影响连铸生产的稳定性,还会引起卷渣、拉漏、钢水裸露氧化等.本文采用数值模拟方法,利用Fluent软件的k-ε湍流模型对板坯结晶器内钢水流动状态和液面波动规律现象进行模拟研究,分析了拉速和吹氩量对结晶器内流场的影响.结果表明:随着拉速的不断提升,钢液对铸坯窄面冲击深度不断增大,结晶器内自由液面表面流速增加,液面波动加剧;氩气量增加,钢液对铸坯窄面的冲击位置上移,液面波动剧烈程度增加,容易导致结晶器卷渣和钢水裸露氧化.【期刊名称】《工业加热》【年(卷),期】2018(047)004【总页数】6页(P46-50,55)【关键词】结晶器;液面波动;拉速;吹氩量【作者】汤磊;张炯明;董其鹏;韩立磊【作者单位】北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室,北京 100083;北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室,北京 100083;北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室,北京 100083;北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室,北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TF777.1连铸结晶器作为控制钢水清洁度的最后环节，其内部钢液流动情况对铸坯洁净度有较大影响。
结晶器液波动不仅影响连铸生产的稳定，还会对铸坯质量产生影响[1]。
合理的结晶器流场可以使钢液中夹杂物和气泡上浮，防止卷渣，促使保护渣熔化良好，在坯壳与结晶器之间形成均匀的渣膜，保证连铸润滑和结晶器传热，减少钢液流束对连铸坯初生凝固坯壳的冲刷、熔融，而不稳定、不对称、不均衡的流场将破坏结晶器前生产工序的成果，导致卷渣、裂纹、拉漏等质量和生产事故[2]。
所以，对结晶器流场和液面波动进行研究，对于获得良好的铸坯质量，提高连铸生产效率以及生产洁净钢均具有重要的意义[3]。
多年来，中外冶金学者对结晶器液面波动行为进行了大量数值模拟和现场实验研究[4-11]，研究发现拉坯速度和水口吹氩量对结晶器内流场的影响较为明显，前人的研究大多都是从单个工艺参数进行研究，很少综合这两个因素来分析。
《板坯连铸结晶器内三维流热固耦合数值模拟研究》
《板坯连铸结晶器内三维流热固耦合数值模拟研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，板坯连铸作为冶金工业中的重要工艺之一，其技术进步对钢铁产业的可持续发展起着决定性作用。
在板坯连铸过程中，结晶器作为关键设备之一，其内部流场和温度场的分布对铸坯的质量具有重要影响。
为了更准确地描述和优化这一过程，本研究采用了三维流热固耦合数值模拟方法对板坯连铸结晶器内的流动与传热行为进行研究。
二、研究背景与意义传统的板坯连铸过程通常依靠实验观察和经验模型来分析和预测。
然而，这种方法既费时又成本高昂，且难以准确反映结晶器内部复杂的流场和温度场分布。
因此，采用数值模拟方法进行深入研究显得尤为重要。
三维流热固耦合数值模拟技术能够有效地模拟结晶器内的流动、传热和固相变化等复杂过程，为优化连铸工艺、提高铸坯质量提供理论依据。
三、研究方法与模型建立本研究采用三维流热固耦合数值模拟方法，建立了板坯连铸结晶器内的物理和数学模型。
模型考虑了结晶器内部的流动、传热、相变以及材料性质等复杂因素。
通过建立合理的网格系统和边界条件，确保了模拟结果的准确性和可靠性。
四、结果与分析4.1 流场分析通过对结晶器内流场的模拟，我们得到了板坯连铸过程中流体的速度、流向和涡旋等详细信息。
分析表明，结晶器内的流场分布受到多种因素的影响，如浇注速度、结晶器形状和尺寸等。
优化这些参数可以有效改善流场的分布，从而提高铸坯的质量。
4.2 温度场分析模拟结果显示，结晶器内的温度场分布受到流体流动、热量传递和相变等多种因素的影响。
通过对温度场的分析，我们可以了解铸坯在凝固过程中的温度变化规律，为优化连铸工艺提供依据。
4.3 三维流热固耦合模拟结果将流场和温度场的结果进行耦合分析，我们可以得到结晶器内流体流动与传热的相互作用关系。
这有助于我们更全面地了解板坯连铸过程中的物理现象，为优化工艺参数提供有力支持。
五、讨论与展望本研究通过三维流热固耦合数值模拟方法对板坯连铸结晶器内的流动与传热行为进行了深入研究。
《板坯连铸结晶器内三维流热固耦合数值模拟研究》
《板坯连铸结晶器内三维流热固耦合数值模拟研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，板坯连铸技术作为钢铁生产过程中的关键环节，其工艺流程和设备性能的优化对提高钢铁产品质量和效率具有重大意义。
板坯连铸结晶器是连铸过程中熔融金属液凝固成型的关健设备，其内部的三维流热固耦合现象复杂，直接影响到连铸过程的稳定性和板坯的质量。
因此，对板坯连铸结晶器内三维流热固耦合现象进行数值模拟研究，对于优化连铸工艺、提高生产效率和产品质量具有重要意义。
二、研究背景及意义在板坯连铸过程中，结晶器内部的三维流场、温度场以及固液相变过程相互影响、相互制约，构成了一个复杂的流热固耦合系统。
对这个系统的深入研究，可以帮助我们更好地理解连铸过程的物理机制，优化工艺参数，提高生产效率和产品质量。
此外，通过数值模拟方法对结晶器内部流场和温度场进行模拟，还可以为结晶器设计和优化提供理论依据。
三、研究方法及模型建立本研究采用数值模拟的方法，建立板坯连铸结晶器内三维流热固耦合模型。
首先，根据实际生产过程中的设备参数和工艺条件，建立结晶器三维几何模型。
然后，基于流体动力学、传热学和固液相变理论，建立流场、温度场和相变场的数学模型。
通过耦合这三个物理场，形成三维流热固耦合模型。
四、数值模拟结果及分析1. 流场分析通过对结晶器内三维流场的模拟，我们可以清晰地看到熔融金属液的流动轨迹和速度分布。
在结晶器的不同位置，金属液的流动速度和方向存在明显差异，这主要是由于重力、摩擦力、浮力等多种力的共同作用。
通过对流场的分析，我们可以找到金属液流动的瓶颈区域和优化流动的关键位置。
2. 温度场分析温度场是结晶器内另一个重要的物理场。
通过模拟温度场的变化，我们可以了解熔融金属液的凝固过程和温度分布。
在结晶器的不同位置，温度存在明显差异，这主要受到金属液流动、热量传递和相变等多种因素的影响。
通过对温度场的分析，我们可以找到热量传递的关键区域和优化热传递的途径。
3. 固液相变分析在连铸过程中，熔融金属液在结晶器内逐渐凝固成板坯。
立式板坯连铸机结晶器内流场的数值物理模拟
Ｎｕ ｅ ｉ ａ ｎ ｙ ｉ ａ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｌ ｄ Ｆｌ ｗ ｅ ｄ ｉ ｏ ｄ ｏ ｍ ｒ ｃ ｌａ ｄ Ｐｈ ｓｃ ｌＳ ｍ ｌ ｔｏ ｎ Ｆ ｕｉ ｏ Ｆｉｌ ｎ Ｍ ｌ ｆ Ｖｅ ｔｃ ｌＳ ａ ｓｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｂ Ｃａ ｔ ｒ
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（ ｏｅｅｏ Ｍｅ ｌ ｒ ｃｌ ｎ ｎｒ ｎｉ ｅｉ ，Ｋ ｎ ｉｇＵ ｉｅ ｉ ｆ ｃ ｎｅａｄＴ ｃｎｌ ｙ Ｋ ｎ ｉｇ ５０３ １Ｃｌ ｇ ｆ ｔ ｌ ｇ ａ ａｄＥ ｅｇ Ｅ ｇ ｅｒ ｇ ｕ ｍｎ ｎｖｒ ｔ ｏ ｉ ｃ ｎ ｅｈｏ ｇ ， ｕｍ ｎ ０９ ； ｌ ａｕ ｉ ｙ ｎ ｎ ｓｙ Ｓ ｅ ｏ ６ ２Ｎ ｔ ｎｌ ｎｉｅｒ ｇＲ ｓａ ｈＣ ｎ ｒ ｆ ｏｔ ｕｕ ａｔ ｇＴｃｎｌｇ ， ｅｔ ｏ ｎ ｔ ｌ ｅｅｒ ｎｔｕｅ Ｂ ｉｎ ０ ８ ） ａ ｏａ Ｅ ｇ ｅ ｎ ｅｅｒ ｅｔ ｎｉ ｏｓＣ ｓｎ ｅｈ ｏ ｙ Ｃ ｎ ｒ ｒｎａｄＳ ｅ Ｒ ｓａｃ Ｉｓｔｔ， ｅｊ ｇ１ ０ ｉ ｎ ｉ ｃ ｅｏＣ ｎ ｉ ｏ ｅＩ ｅ ｈ ｉ ｉ ０ １
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第31卷第4期2010年10月钢 铁 钒 钛I RON S T EEL VANAD I UM T ITAN I UMVo.l31,No.4O ctober2010板坯结晶器内流场的物理模拟及分析党爱国1,2,任子平1,陈远清2,彭世恒2,刘 坤1(1 辽宁科技大学材料与冶金学院,辽宁鞍山114044;2 钢铁研究总院中达连铸技术国家工程研究中心,北京100081)摘 要:以涟钢板坯结晶器为原型,进行水力学模型试验,通过调节拉速、水口浸入深度,研究了结晶器的流场形态、液面波动情况和流场冲击深度。
试验选出适合涟钢板坯连铸机每个断面的最佳工艺参数,为进一步提高产品质量、优化结晶器流场以及降低成本提供了依据。
关键词:板坯连铸;结晶器;流场;液面波动;物理模拟中图分类号:TF777 文献标识码:A 文章编号:1004-7638(2010)04-0080-06Physi cal Simulation and Analysis of F l ow F i eld of the Sl abM ol dD ang A iguo1,2,R en Z i p i n g1,Chen Yuanq i n g2,Peng Sh i h eng2,L i u Kun1(1.Schoo l ofM aterial and M eta llurgy,U n i versity o f Sc i ence and T echno l ogy L i aoni ng,A nshan114044,L i aon i ng,Chi na;2.N a tiona l Eng i neer i ng R esearch Center o f Conti nuous Casting T echno logy,Central Iron and Stee l R easerch Institute, Be iji ng100081,Ch i na)Abstract:W ith the slab m ould of Lianyuan Iron and Stee l Copany(LI SC)as a pro totype,the hydraulic m odel experi m ent is carried ou.t Thr ough adjusti n g the casting speed and nozzle i m m ersion depth,the fl o w for m,L i q u i d surface w ave and flo w fie l d i m pact depth are studied.the best para m eters o f slab caster fo r each secti o n t h rough th is test are deter m i n ated,wh ich prov i d e a basis for further i m proving the prod-uct qua lity,the opti m ization of m ould flo w fie l d and reduc i n g cos.tK ey w ords:slab conti n uous casti n g;m ould;flo w fiel d;liquid surface fl u ctuati o ns;physical si m u lation0 引言结晶器是连铸过程的主体设备之一,在连铸过程中起着重要作用。
作为控制钢水洁净度的最后环节,结晶器内的钢液流动行为不仅对夹杂物的分离去除、保护渣的卷入影响很大;而且对初生凝固坯壳的均匀形成,防止注流冲刷局部凝固壳而造成拉漏或产生铸坯表面裂纹有重要影响。
笔者针对涟钢210转炉炼钢厂板坯连铸机,采用物理模拟方法研究了现行工艺和设备条件下结晶器内的传输行为,对结晶器内的流动状态(包括速度场、液面波动、冲击深度等)、温度场进行综合分析。
通过物理模拟研究得出水口插入深度、拉速、结晶器宽度以及通气量对结晶器液面波动和流场冲击深度的影响,以达到结晶器流场优化的目的。
1 研究方法1.1 试验装置及方法结晶器的水模试验装置如图1所示,主要由水路系统和数据采集系统组成。
收稿日期:2010-08-02基金项目:十一五国家重点科技支撑计划项目(2006B A E03A04-2-4)。
作者简介:党爱国(1984-),男,甘肃民乐人,在读硕士研究生,主要从事连铸质量预报模型研究。
图1 结晶器模拟试验装置F i g.1 Chart o fm old si m ulati o n experi m en t dev ice试验采用 中间包-浸入式水口-结晶器-水泵-流量计-中间包 的闭环水路系统,流量计和塞棒用来调节拉速和控制液面。
数据采集采用中国水利科学院研制的DJ800型水工采集处理系统,试验所采用的工艺参数如表1所示。
表1 试验选用的工艺参数Tab le1 Process para m eters in the experi m en t拉速/(m m i n-1)水口浸入深度/mm结晶器宽度/mm 0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3110、130、1501250、1550、18501.2 物理模型的建立及方法钢液在结晶器内运动时受到了惯性力、重力、粘性力和表面张力的作用。
包含这些力的相似准数有:雷诺准数(R e)、弗鲁德准数(F r)和韦伯准数(W e)。
对连铸结晶器来说,在注流的动量和重力作用下,在结晶器内大部分区域处于湍流状态,粘性力的影响可以忽略,所以流体主要是惯性力和重力的作用,须满足F r准数相等。
即:(F r)m=(F r)P(m-原型,p-模型,以下相同)则: (u2g l)m=(u2gl)p(1)试验用水作模化介质,根据实验室条件,建立1 2的缩小物理模型,模型用有机玻璃制成,结构如图1所示,考虑到水箱出水口对结晶器出口流体的影响,结晶器模型在满足相似比的基础上延长了一倍多。
根据式(1)和长度相似比 1=l ml p=0.5,可以推导出速度相似比、时间相似比和流量相似比如式(2)~式(4)所示。
速度相似比: u=u mu p= 1=0.7071(2)时间相似比: 1=lu=ll= l=0.7071(3)流量相似比: Q=Q mQ p=u m A mu p A p= u 2l= 2.5l=0.177(4)通过相似原理可以按现场的情况得出原型与模型介质的主要参数对照,如表2所示。
表2 原型与模型介质的主要参数Table2 The mai n para meters of prototype and modelmed i u m 方案编号断面(mm mm)拉速/(m.m i n-1)流量/(m3 h-1)厚型模型123230 1250230 1250230 12500.91 11 316.920 624 33.03 64 3456230 1550230 1550230 15500.91 11 320.925 530 23.74 55 3789230 1850230 1850230 18500.81 01 222.227 733 33.94 95 9注:浸入深度(mm)选择110(55)、130(65)、150(75)三组参数,括号外为原型参数,括号内为模型参数;同理,吹氩量(L/m i n)选择5(1 5)、10(3 0)、15(4 5)、20(6 0)四组参数。
2 试验内容2.1 液面波动的测量液面波动是衡量结晶器内流场合理性的重要因素,液面波动过大会造成保护渣的卷入和二次氧化,液面过于平静会造成保护渣熔化不良,严重时还会造成液面结壳。
采用中国水利水电科学院开发的D J800型多功能监测系统来采集和分析结晶器液面波动曲线,进而可以得到液面波动参数[1]。
试验中通过观察结晶器液面的波动特征,选取了三个具有代表性的波高测点,如图2所示,其中1#测点在结晶器窄边附近,距离窄边约50mm;2#测点在大约宽面1/4处;3#测点在水口附近,距离水口外壁约50mm。
测量时间为30s,取测量时间内的平均波高作为最终波高值。
为减少误差,每一工况条件下的试验重复三次,取平均值[2]。
某试验条件下结晶器内液面波动的采集曲线如图3所示。
81第4期 党爱国等:板坯结晶器内流场的物理模拟及分析2.2 流场显示及冲击深度的测量为了了解钢水在结晶器内的流动轨迹,在模型试验中在水口中部加入染色剂使流体着色,用摄像机记录下染色剂在结晶器模型内的扩散情况即可以近似再现钢水在结晶器内的流动轨迹,这就是所谓的流场显示,试验中用墨水作染色剂[3]。
图4为某工况某时刻结晶器模型的流场形态。
钢液从水口进入结晶器时,具有一定的速度,从而在结晶器内具有一定的冲击深度,冲击深度的大小影响结晶器热中心位置,也影响夹杂物的上浮。
试验中采用在水口上方加墨水的方式测量结晶器内流股的冲击深度。
以墨水出现回流点为冲击最低点,冲击深度为液面到冲击最低点的距离。
图4 某工况某时刻结晶器模型的流场形态F i g .4Pho to of flo w fie l d o f the m o l d at onem o m ent in t h e experi m ent3 试验结果及分析3.1 液面波动的测量结果及分析3.1.1 拉速对液位波动的影响不同拉速下结晶器的液面波动情况的变化规律如图5所示(结晶器断面1250mm 230mm ;插入深度为 130mm )。
图5 拉速对液位波动的影响Fig .5 The i n fl u ence o f casting speedon li q u i d surface w ave由图5可以看出,不同位置处液面波动是不一样的,通常情况下窄边附近的1#测点的波高要比其他测点的波高大。
现用水口试验条件下,结晶器内液面波高都较小,绝大多数情况下的波高都在0.1mm 以下,液面十分平静,即使在拉速较高(窄断面1.3m /m i n ,宽断面1.2m /m in)时结晶器液面波动仍然较小,平均波高都在1.0mm 以下。
根据相似比可知原型中的平均波高都在2mm 以下。
在拉速较低(断面230mm 1250mm 和230mm 1550mm 时,大于1.1m /m i n ;断面230mm 1850mm 时,小于1.0m /m i n )时,液面波动都很小,尤其是水口附近,液面过于平静,不利于保护渣的熔化和均匀流入。
3.1.2 浸入式水口插入深度对液位波动的影响不同的水口插入深度下,结晶器的液面波动的变化规律如图6所示(结晶器断面1250mm 230mm,拉速为1.1m /m i n )。