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合理的结晶器流场可以稳定结晶器钢水液面,防止“卷渣”现象的发生,这对降低铸坯夹杂、铸坯表面裂纹以及减少漏钢起着非常重要的作用。因此,合理的结晶器内部流场是保证连铸顺利进行和最终产品质量的首要前提。 本论文以连铸大圆坯结晶器为研究对象,采用物理模拟和数学模拟研究相结合的方法,考察了不同浸入式水口侧孔形状、尺寸和倾角以及不同浸入深度对结晶器内钢水流动的影响,并对温度场做了分析。 物理模型实验是在相似比为1∶2的结晶器模型上进行的,研究了17种不同结构的浸入式水口对钢液液面波动和卷渣的影响。研究结果表明,结晶器液面波高随浸入式水口浸入深度增加而下降;浸入式水口的浸入深度相同,侧孔面积比相同时,结晶器液面波高随浸入式水口向下的倾角的增加而降低。浸入式水口侧孔倾角为10°时,结晶器液面的平均波高最小。Φ400mm结晶器中,采用4孔和5孔矩形的浸入式水口,侧孔倾角为10°时,结晶器液面平均波高很小,均小于0.1cm。浸入式水口的侧孔倾角相同,浸入深度相同时,结晶器液面波高随浸入式水口侧孔面积比的增加而降低;浸入式水口的侧孔倾角相同、浸入深度相同,侧孔面积比相近时,浸入式水口的侧孔由4孔增加到5孔,有利于降低结晶器液面波高。对于Φ550mm结晶器,采用侧孔倾角为10°,侧孔面积比为4.08的5孔矩形浸入式水口时,结晶器液面的平均波高最低。 数学模拟依据计算流体动力学理论建立了大圆坯连铸结晶器内钢液流动和传热的三维数学模型,运用商业软件Fluent对大圆坯结晶器采用3#和17#浸入式水口,不同浸入深度情况下的流场和温度场进行了计算。计算与实验得到的冲击深度基本相同,且计算得到的通过侧孔中心的水平横截面上的流场特征与实验得到的结晶器液面流动状况相符;计算结果也表明侧孔倾角和浸入深度对大圆坯结晶器的流场和温度场的影响基本一致。向下的侧孔倾角和浸入深度增加,上部回流区范围增加,下部回流区涡心下移,高温区下移。