浸入式水口结构对180mm×240mm断面连铸结晶器内钢液流动行为的影响

浸入式水口结构和工艺参数（如拉速、水口浸入深度等）对结晶器内钢水的流场及液面波动有重要影响。采用合理的浸入水口、控制结晶器液面波动在适宜范围不仅可避免卷渣、改善铸坯质量，还有利于结晶器保护渣对上浮夹杂物的有效吸收。国内某钢厂新投产1台180mm×240mm断面的方坯连铸机，主要生产硬线轴承等高级别高碳特殊钢。这类特殊钢易产生中心偏析、疏松等缺陷。

北京科技大学的学者为改善国内某钢厂高碳硬线钢铸坯的内部质量，以实际180mm×240mm方坯连铸结晶器为原型，基于相似原理，采用1:1的物理模型，对比研究了直通型和侧分旋流型水口浇铸条件下的结晶器内流体流动行为。试验测定了不同拉速和水口浸入深度下结晶器内钢液的流股分布、液面波动及渣层状态。结果表明：旋流水口可有效降低流股冲击深度；相同水口浸入深度和拉速条件下，使用旋流水口的结晶器液面平均波高大于直通型水口；拉速和浸入深度对旋流型水口的液面波动影响明显，渣层波动也比直通型水口频繁。综合液面波动和渣层状态并考虑成本因素，旋流水口更适合浇铸该断面高品质铸坯，其适宜的工艺参数为拉速1.0m/min、浸入深度120mm，此时自由液面平均波高0.18mm，渣层波动适宜，无卷渣和裸钢现象发生。将该水口配合结晶器电磁搅拌和二冷工艺应用于高碳硬线钢生产，得到的铸坯质量稳定，φ5.5mm盘条中心碳偏析不大于2.0级的比例达95%以上，疏松缩孔不大于0.5级的比例达100%。