连铸钢包浇注过程的下渣控制一直是困扰现场生产的难题之一,如何采取有效措施来控制钢包浇注过程的下渣已成为经济洁净钢生产的关键一环。目前常用的减少下渣的方法有很多,例如浮游阀法、倾斜包底法、改变出水口形状,但都存在一些缺陷。环出钢口吹氩控制下渣新工艺有望能经济地控制下渣,对该工艺过程的钢渣界面及温度场行为进行数值仿真研究可为该新工艺开发提供理论基础。本文主要通过CFD软件数值模拟某钢厂145吨钢包使用环出钢口吹氩及钢包浇注过程,采用的软有商用软件Fluent、网格制作软件Gambit、后处理软件Tecplot。选取VOF空气-渣-钢液三相流模型、DPM喷吹模型、非定常模型、传热模型、标准k-ε湍流模型进行计算。考察了不同吹气量、不同吹气元件尺寸、渣层厚度、渣层粘度对抑制下渣的影响;还研究了钢包静置过程和浇注过程的温度场行为,考察了浇注过程不同吹气量对温度场行为的影响。根据数值模拟结果可以得出以下结论:(1)钢包浇注过程中通过环出钢口吹气元件向钢包内吹入适量氩气可明显降低下渣临界高度。与吹氩前相比,吹入氩气后,透气砖上部区域形成环流,使透气砖上方渣金界面运动变得紊乱,抑制了汇流旋转运动,进而抑制了该过程的下渣。吹气时的下渣临界高度和下渣贯穿初始高度均低于不吹气时的高度,当吹气量为28 Nl/min时下渣临界高度降低最明显,和不吹气相比约降低了 12mm。(2)三种吹气元件中2号吹气元件抑制下渣效果最好,渣层黏度对渣金界面的汇流旋转运动影响不大,故其对抑制下渣影响不明显;渣层越厚对渣金界面汇流旋转运动抑制效果越好,故在一定范围内增大渣层厚度有利于抑制下渣。(3)钢包静置15 min过程中包内温度有明显的降低,温降为9～17 ℃;此外,钢包内还形成明显的温度分层,钢包内温度由上到下呈降低趋势,而且包底附近温度梯度较大。温降主要是由钢水与耐材间的导热传热和渣面的辐射传热造成的,而温度分层原因是钢水温度越低密度越大,温度较低的钢液会沉积在钢包底部。(4)钢包浇注过程环出钢口吹氩可以均匀钢包内温度,减少因温度分层引起的温度差。吹气量较大时,搅拌均匀效果更好;且透气砖上方钢液均匀效果明显优于其他部分的钢液。