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第39卷第4期
2017年7月
上海金属
SHANGHAI METALS
Vol.39, No.4
July, 2017板坯连铸结晶器浸入式水口结构研究
张慧书1吴国玺1陈韧1孙野1战东平2刘越2
(1.辽宁科技学院冶金学院，辽宁本溪117004;.东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳110004)
【摘要】在实验室条件下，基于某厂实际水口结构及生产状况重新设计了 4种不同结构 的浸入式水口，然后采用11的水模型对该厂600 mmX170 m m断面板坯连铸结晶器的流场特 征进行试验，通过对比分析不同拉速下采用不同结构浸入式水口时结晶器内钢液的流场特征的
变化情况，从而优选出适合该厂的浸入式水口结构。研究表明，在拉速矣1.6m m in时，采用底 部形状为凸底、出口倾角18°、侧出孔尺寸为40 m m x60 m m的椭圆形水口，结晶器内流场最为
理想，即为最优水口结构。
【关键词】板坯连铸结晶器浸入式水口物理模拟结构优化
Study on Submerged Entry Nozzle Structure in Slab Mold for
Continuous Casting
Zhang Huishu1Wu Guoxi1Chen Ren1Sun Ye1Zhan Dongping2Liu Yue2
(1. School of Metallurgy，Liaoning Institute of Science and Technology,Benxi Liaoning 117004, China；
2. School of Materials and Metallurgy，Northeastern University，Shenyang Liaoning 110004, China)
【A bstract】Under laboratory conditions，four kinds of submerged entry nozzle(SEN)with different structure were redesigned based on the actual nozzle structure a nd produ plant.The characteristic of the flowing field in a slab continuous casting mold with a section of600
mm by 170 mm was studied by ratio of 1to 1water model，then the SEN suitable for the plant was optimized，by comparative analysis at the variation of flowing field in mould with different structural
SEN at different casting speeds.The research results showed that when the casting speed was not greater than 1.6 m/m in，the most ideal flow field was obtained by using the oval outlet nozzle with
bottom shape of nozzle mountain-bottom,tilt angle of the nozzle exit of18°, the
of40 mm by60 mm，i.e.the optimal SEN structure.
【Key W o r ds】slab continuous casting,mold,submerged entry nozzle(SEN), physical simulation，strnctural optimization
随着冶金技术的发展，连铸已经成为钢铁生 产中一个不可或缺的环节[1]。由于结晶器处于板 坯连铸的核心地位，其内部钢液的流动状态会直 接影响到连铸机生产是否顺利以及铸坯质量的优 劣。而浸入式水口在提高连铸可浇性中起到至关 重要作用，其使用效果直接决定着连铸效率和钢 坯质量[2]。因此，有必要对结晶器浸入式水口结构进行优化，以改善结晶器流场，提高铸坯质量[37]。本文针对某钢厂在连铸过程中经常出现 的钢水粘结、水口结瘤、铸坯卷渣等问题，重新设 计水口结构，采用物理模拟方法与原水口产生的 流场状态进行比较，探究水口结构和工艺参数对 结晶器内流场的影响，对比分析获得板坯断面为 600 mmX170 m m时的最优水口结构，以达到提
基金项目：国家自然科学基金（51574063 )辽宁省高等学校优秀人才支持计划（LJQ2015056)
作者简介:张慧书，女，博士，讲师，主要从事冶金过程模型开发工作,Email: huishuzhang@163. c m
第4期张慧书等:板坯连铸结晶器浸入式水口结构研究55
高铸坯质量、降低粘结发生几率、提高连铸作业率
等目的。
1试验内容
1.1试验装置及原理
水模型试验装置示意图如图1所示。试验采 用1!1有机玻璃模型进行实物模拟设计，以水 模拟钢液，以液态石蜡模拟保护渣。利用DJ800 浪高仪测量结晶器液面波动情况，采用摄像机记 录实时流场状况。根据相似原理，模型流动和原 型流动应保证力学相似，才能通过模型流动规律 来预测实际流动状况。考虑到钢水流动主要受惯 性力和重力控制，所以模型设计只考虑几何和动 力相似[8]。
因模型比1:1，所以：
A=^⑴
M
式中：S为原型线性尺寸;为模型相应线性尺寸。
取弗雷德准数为决定性准数。下标M代表 模型参数，S代表原型参数，则：
F rs = ’逼，即：
us Z g •Ls= uM/g •L m(2)流速相似比、/〜，流量相似比A分别为：
U m/U s= (LM/gs)5= (1/1) = 1(3)
Q m^Q s~ (aM •^M •U M^
ias •^s •U S)~ 1(4)
式中：a%、％—模型与原型结晶器宽度，mm;M、6s—模型与原型结晶器厚度，mm。
1.2 试验方案
试验采用的浸人式水口出口为椭圆形，根据水口底部形状(见图2)、出口倾角㈧）、侧出孔面 积三个结构参数，重新设计了 4种不同结构的水 口进行水模拟试验。具体结构参数见表1其中 编号N1为该钢厂原水口的相关参数。为了较好 地区分卷渣程度，对不同的卷渣现象进行分级，如 表2所示，渣面状态如图3所示。
图2浸入式水口底部形状
Fig.2 Bottom shape of S E N
表1浸入式水口的结构参数
Table 1structure parameters of SEN 水口编号出口倾角/°侧出孔面积/mm2底部形状
N11540X60凸
N21540X60凹
N31240X60凸
N41840X60凸
N51840X70凸
表2卷渣分级
Table 2Classifications of slag entrainment
级别描述
A1液面平稳，波动较小
A2渣面有向下延伸趋势
A3渣面向下延伸摆动，看不见渣滴
A4渣面向下延伸较长，有1
现，能上浮
〜5个渣滴形成，偶尔出
A5渣面向下延伸较长，有5 〃
现，能上浮
- 1个渣滴形成，连续出
A6有多于1个少于20个颗粒，冲击不到水口侧孔位置，基本能上浮
2结果与分析
2.1水口底部形状对流场的影响
在板坯断面尺寸为600 mm X170 mm、插人 深度120m m条件下，变化水口底部形状即采用 N1(原水口）和N2两种水口进行水模拟试验，研 究拉速变化（1.4、1.5、1.6!^/1^1!)对结晶器内钢 液流场特征的影响。图4、图5和表3分别为不 同的水口底部形状下，拉速对冲击深度、平均波高
和卷渣程度的影响。
