数值模拟开式水冷模铸机浇注过程

为满足海洋石油、水电及原子能发电站等工程建设需要，国内市场对大单重、高强度、特厚钢板的需求量越来越大，这些钢板单件重量大、超厚度并对疏松、缩孔、偏析、裂纹等内外部质量要求极为严格。该类板件主要采用自然空冷模铸、定向凝固、电渣重熔等工艺生产，能耗大、成本较高。近年来，一种通过强制水冷实现钢液快速凝固的模铸工艺技术较好地解决了上述问题，并逐步展示出良好的应用前景。

安徽工业大学的学者以南钢开式水冷模铸机为研究对象，建立了型腔内钢液三维非稳态流动、传热和液面波动的数学模型，研究了浇注过程中钢液的流动特征、温度分布以及注流卷吸气体的运动规律。结果表明：浇注过程中，在“气体卷吸”作用下，型腔内钢液的流动存在显著差异，浇注前期表现为上升流呈多个大小不一的涡旋流，浇注后期则呈典型的逆时针涡旋流，并充满整个模腔。在该流动行为影响下，型腔内钢液温度场表现为中心低四周高的系列等温带，钢液表面水平流速随液面高度的上升而增加，在液面高度为3.1m时达到最大表面流速0.6m/s，此时液面波动大，易发生卷渣和钢液二次氧化。