凝固坯壳对高拉速板坯连铸结晶器液面特征的影响

高拉速连铸因其高效和低成本一直是冶金工作者追求的目标。研究表明：除了设备之外，限制高拉速连铸的主要原因是保护渣夹杂物的卷人和表面纵裂的产生，前者主要针对冷轧薄板钢种，而后者主要针对中碳的包晶钢。本文仅讨论冷轧薄板类钢种，主要包括低碳铝镇静钢(LCAK)、超低碳铝镇静钢(ULCAK)等。因此，大尺寸保护渣夹杂物的卷入是限制冷轧薄板类钢种高拉速生产的重要原因。

首钢技术研究院的学者采用1:1的水模型研究了高拉速条件下凝固坯壳对结晶器内的流场与液面特征的影响。结果表明：考虑凝固坯壳时结晶器内的流场出现了轻微的不对称现象，在髙拉速条件下有坯壳时结晶器液面最大平均波高与表面流速比没有坯壳时分别大31%和35%。对比有/无坯壳条件下自由液面形状可知：考虑凝固坯壳之后的液面变形程度比没有考虑时更大，更易导致卷渣的发生。液面波动的功傅里叶变换分析表明：考虑坯壳之后结晶器液面的高频率波动的振幅大于无坯壳的情形，所以考虑坯壳之后由于结晶器下部内腔变小，更多的流股能量集中在上回流区，使得上回流的湍流程度比无坯壳时要大，进而导致了液面波动与表面流速的增大。因此，为了缩小与实际连铸过程的差别，在高拉速的物理模拟中有必要考虑凝固坯壳的影响。