University of Science & Technology Beijing
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Metallurgical & Ecological Engineering
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Chuanbo Ji
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应用背景及意义
结晶器内钢水流动要求
不应把结晶器保护渣卷入钢水内部
钢水流动利于液相穴夹杂物上浮 钢水凝固不应对凝固坯壳冲刷
d lump 10 15 d lump d1 d 2 b11 b 21 a1b1hlump a 2 b2 hlump d (hlump ) cos 5 5 d nail
d lump 10 15 d lump d d2 b1 b 2 1 1 a1hlump a2 hlump sin 1 d (d1 d 2） 5 5 d nail d nail

avg
2ph 2d1 d lump d nail

2pl 2d 2 d lump d nail
1 d d2 1 ( ) ( ) ( ) 1 2 2 2 d nail 2 15 d lump d lump 10 b1 b2 vs (a1hlump ) (a2 hlump ) 5 5
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应用背景及意义
结晶器内钢水流动产生的铸坯缺陷
从水口流出的钢水对结晶器窄面的冲击，易产生角部纵裂纹， 严重时漏钢 向上流股动量过大，弯月面波动剧烈，液渣渗入坯壳间空隙， 产生纵裂纹 液面波动剧烈，造成卷渣污染钢液 液面流动不充分，局部温度过低，造成局部冷凝形成深振痕 和弯月面区初生坯壳呈现“镰刀状”，捕捉渣滴、夹杂物和气 泡进入坯壳
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结晶器表面检测方法
插钉法
优点：
直观 操作简单、可控性强 准确性高、可以测量表面瞬态波动情况
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插钉法实验误差分析
涡流法
缺点是在结晶上方设有探测线圈,线圈会被高温烧坏
钢液表面产生磁涡流。该涡流又产生一个新磁场，并在二次侧线圈中感应产 生一个差分电压
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水口浸入深度对表面流速影响
0.6
0.6
Without EMBr
Top surface velocity (m/s)
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结晶器内流场研究方法
物理模拟
主要是水模型
速度测量（PIV、UDV） 液面波动测量（DJ800） 可视化流场显示（墨汁、粒子追踪）
Top surface velocity (m/s)
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.0
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
SEN depth 250mm SEN depth 180mm SEN depth 120mm
SEN depth 250mm SEN depth 180mm SEN depth 120mm
液面波动剧烈，3.0m/min最 高波动达~12mm 更易造成表面卷渣
0
100
200
300
400
500
600
0
100
200
300
400
500
600
Distance from center of nozzle (mm)
Distance from center of nozzle (mm)
t=60s
t=90s
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水口浸入深度对表面波动影响 （No EMBr）
82
82
Distance from top of mold (mm)
NF
90 92 94 96
Casting speed 2.0 m/min Casting speed 2.5 m/min Casting speed 3.0 m/min
90 92 94 96
0
100
200
300
400
500
600
0
100
200
300
400
500
600
Distance from center of nozzle (mm)
数学模拟
基于RANS的模型、LES、DNS
插钉法实验 结晶器表面渣层厚度测量 铸坯振痕测量
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现场测量
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结晶器表面检测方法
d1 d 2 Vm vs cos d nail
d d2 1 b2 b1 (a2 hlump a1hlump ) cos 1 d (d lump ) 5 d nail

dVm
Vm Vm Vm d (d lump ) d (hlump ) d (d1 d 2 ) d lump hlump (d1 d 2 )
拉速对表面波动影响（No EMBr）
82
82
Distance from top of mold (mm)
Distance from top of mold (mm)
84 86
No EMBr
84 86
No EMBr
无电磁制动：
Casting speed 2.0 m/min Casting speed 2.5 m/min Casting speed 3.0 m/min
Distance from center of nozzle (mm)
NF
88
88
窄面液面高，水口附近液面低 液面波动较剧烈 液面波动随时间变化而呈现 周期性变化，变化周期~90s
t=0s
82
t=30s
82
拉
NF
速
Distance from top of mold (mm)
Distance from top of mold (mm)
t=0s
82
82
t=30s
SEN depth 180mm SEN depth 250mm SEN depth 120mm
Distance from top of mold (mm)
结晶器内钢水流动控制
电磁搅拌 电磁制动
均匀弯月面处温度 减慢流速，消除卷渣
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抑制水口射流速度，减缓沿凝固壳向下流动， 促进夹杂物和气泡上浮
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影响结晶器内钢水流场因素
影响连铸结晶器内钢水流场的主要因素主要分为：
浸入式水口结构参数：浸入式水口的参数 主要有水口直径、出口参数（出口倾角、出 口面积）、水口形状（长方形、正方形、圆 形、椭圆形等； 连铸工艺参数影响，主要包括水口浸入深度、 拉速、吹气量等 浇铸过程中的不稳定因素（塞棒、滑板、水口 结瘤）
88 90 92 94 96
SEN Depth
250mm 各个时刻结晶器表面波动 也不同 驻波高度降低No EMBr来自No EMBr0
100
200
300
400
500
600
0
100
200
300
400
500
600
Distance from center of nozzle (mm)
Distance from center of nozzle (mm)
86
Distance from top of mold (mm)
84
SEN depth 180mm SEN depth 250mm SEN depth 120mm
84 86
SEN depth 180mm SEN depth 250mm SEN depth 120mm
180mm
NF
NF
88 90 92 94 96
Dec 27，2012
连铸结晶器液面波动控制 及检测技术
汇报者：吉传波 李京社
北京科技大学冶金与生态工程学院
University of Illinois at Urbana-Champaign Metals Processing Simulation Lab •Ji chuanboji@ • Beijing Metallurgical & Ecological Engineering • Chuanbo University of Science & Technology • • Metallurgical & Ecological Engineering •