第10卷增刊1 2010年4月
过程工程学报
The Chinese Jourmal of Process Engineering
吹氩对板坏连铸结晶器流体流动的影响
Vol.10 Suppl. No.1
Apr.2010
张献光"，陈登福，张立峰，新星，张健"，温良英，张大江，王翠娜"，毕艳艳！
(1.重庆大学材料科学与工程学院，重庆400044：2.密苏里科技大学材料科学与工程系，美国密苏里65409-0330)
摘要：基于相似理论，利用物理模拟研究了吹氢条件下板坏连铸结晶器内的流场，重点研究了不同水口吹气量对结晶器内卷渣、渣层分布、液面波动、流股冲击深度等的影响。研究结果表明，随着水口吹气量增加，结晶器内的卷渣
次数先减少后增加，水口附近的液而波动逐渐增强，流股冲击深度逐渐变浅关键词：板坏连铸：结晶器：氢气泡：物理模拟
中图分类号：TF777.1
前言 1
文献标识码：A
文章编号：1009-606X(2010)S1-0154-04
在连铸过程中，结晶器内的钢液流动特征不仅影响
到结晶器内钢和夹杂物的上浮，而且还影响到初始魔固坏壳的形成，以及铸坏表面质量.浸入式水口吹氩作为板坏尧注过程中防止水口堵塞的重要工艺，已在生产中得到了广泛是应用。但采用吹氢保护浇注时，吹入的氢气会对结晶器内流动产生影响进而对铸坏的质量产生影响[1-4]，研究水口吹氨条件下结晶器内钢液的流动行为是必要的。近几十年来，国内外许多学者对吹氨下结晶器的流场做了大量研究工作，但大都集中在气泡的尺寸、气泡的穿透深度等方面[5-12]，有关吹氢量对结晶器内流场的综合影响报道尚少见，本工作通过物理模拟，系统地探索了水口吹气量对结晶器内卷渣行为、液渣层分布、液面波动及冲击深度等的影响规律，为优化吹氩
工艺提供重要依据， 2
物理模拟原理及方法
由物理模拟的基础理论可知，对于结晶器内的钢液
流动行为的物理模拟，应主要考虑几何相似和动力相似，包括的相似准数有雷诺准数(Re)、弗鲁德准数(Fr) 和韦伯准数（We)，由于结晶器内流体流动状态均已处于第二自模化区，雷诺准数Re可以不考虑，即保证Fr准数的相似.对于结晶器内渣-金界面的流动行为的研究，弯月面及钢液与保护渣界面处的表面张力对模拟的影响较大，应保证We准数相似。本研究中重点保证Fr和 We两准数的相似：
Fr=Fr, We=We.
(1)
由此建立了模型与原型相似比为0.55:1的物理模型.实验装置如图1所示，
o
1. Inlet of water
2. Circulating
5.Pump
9.Computer
13
3.Tundish 7. Valve
6. Mold model
10.SEN
图1实验装置图
I1. Flow meter
4. Stopper 8.Water tank 12.Sensor
Fig.1 Schematic diagram of experiment setup 模型与原型水流量存在以下关系。
ag
(2)
其中，为模型与原型的几何相似比，9和91分别为模型与原型的水流量
气相修正弗鲁德准数Frs
Fr, = P,v* /(p,-P,)gl.
(3)
模型与原型气体流量的换算关系可以由结晶器系统的气相修正弗鲁德准数相等得到，如下，
P
Pa
(Pa-P)GL(p=P)GL.
由于-AV，有
EP.P-P(D) QuLuPP,-Ph,(DM
(4)(5)
考虑到现场氢气在高温注流中的体积膨胀，需要对模型中的吹气量进行修正，根据理想气体的状态方程，可得到
收核日期：2009-08-12，修回日期：2009-11-13
作者简介：张献光(1984-)，男，河北省费县人，硕士研究生，主要研究方向为连铸过程伤真模拟及铸坏质量控制，E-mail:zhangxianguang08@163.com
万方数据