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高速连铸是当今小方坯连铸技术发展的重要方向,通过提高拉速不仅能达到减流增效的目的,更是实现小方坯连铸连轧和无头轧制的技术基础。而连铸结晶器内钢液的流动行为是小方坯高拉速连铸能否顺行和影响铸坯质量的关键环节,并且目前国内外对高拉速小方坯连铸结晶器内钢液流动行为的物理模拟研究尚未涉足。因此高拉速小方坯连铸结晶器内钢液流动行为的研究具有重要的意义。本文以某钢厂生产试验的160×160mm×mm断面小方坯连铸结晶器为原型,依据相似原理设计制作1:1水力模型,通过物理模拟方法研究了拉速达3.0~6.5m/min下小方坯连铸结晶器在不同工艺条件下的流动行为。另外,本文还对目前的物理模拟进行了模型的完善,根据坯壳生长规律设计了坯壳模型,并进行了对比研究实验。实验研究过程中,分析了浸入式水口(SEN)内径、SEN插入深度和拉速对结晶器液渣分布、液面波动、冲击深度和流场分布的影响。分别在拉速范围3.0~4.5m/min和5.0~6.5m/min内对SEN内径和插入深度参数进行多轮优化,最终得到不同拉速范围的一套SEN参数和插入深度参数。通过大量的水模实验研究和综合分析,结果表明随拉速增大,上回流到达结晶器表面时间有所减小,结晶器液面活跃性增强,液渣趋于不均匀覆盖,甚至发生卷渣和流体裸露现象,流体冲击深度变大;SEN结构对结晶器的流动状态有很大的影响,增大SEN内径,流场形式基本相同,流股变粗,流体冲击深度有所减小,结晶器液面活跃性基本呈现减小的趋势;SEN插入深度对结晶器的流动也具有一定的影响,随着插入深度增加,流股冲击深度增大,结晶器液面趋于平静,流体到达结晶器液面时间增大。多轮优化得出不同拉速范围下的SEN结构参数和插入深度参数。高拉速下内径为40mm的SEN在插入深度为120mm时的结晶器流动较为合理,液面波动范围为0.49~1.12mm,流股冲击深度为550~580mm;超高拉速下内径为50mm的SEN在插入深度为160mm下的结晶器流动较为合理,液面波动范围为0.75~1.35mm,冲击深度为578~610mm。对载入坯壳后的结晶器流动行为进行水模拟,研究了多个SEN插入深度对结晶器内钢液流动的影响,并与未考虑坯壳的实验结果进行分析。结果表明考虑坯壳前后的结晶器液渣分布和流场分布基本一致,但是考虑凝固现象后,结晶器的液面波动有所增大,增加程度有所差异,最大增长率为27%,说明钢液凝固收缩过程对结晶器表面波动具有一定的影响。