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单辊法薄带连铸铸口包中钢液流动的数学模拟

董方张捷宇贺友多

摘要：建立了单辊法薄带连铸铸口包内钢液流动的数学模型,通过模拟

计算,分析了不同结构的铸口包内钢液流动状态的变化。

关键词：薄带连铸数学模型速度分布

MathematicalSimulationofMoltenSteelFlowinTundish

duringCastingStripbySingleRollProcess

DongFangZhangJieyuHeYouduo

（BaotouIronSteelInstitute）

Abstract：Themathematicalmodelofmoltensteelflowintundishduring

castingstripwithsinglerollprocesshasbeenbuiltup.Throughsimulation

calculation,thechangesinflowingconditionofmoltensteelintundishof

differentstructureshavebeenanalyzed.

Keywords：stripcastingmathematicalmodelspeeddistribution

1前言

在薄带直接连铸中,钢液通过铸口包的唇沿与水冷辊接触,依靠辊的

高速旋转成带,由于冷却速度很高,成形是在瞬间完成的。铸口包内,特别

是和冷却辊接触的唇沿处钢液的流动状态直接影响着钢带的表面质量和

钢带厚度的均匀性。因此,对该处钢液的流动状态进行模拟和分析是必要

的。

［1～3］

目前直接浇铸成薄带的连铸机有多种,文中所讨论的单辊式薄带

连铸机是其中的一种。有许多研究者［4～11］研究了单辊式薄带连铸过程的

热平衡及钢液的流动状态,建立了多个传热及流动数学模型,这些数学模

型的特点是:大部分传热模型未考虑钢液的流动,而考虑的流动数学模型

又大多基于无扰动的层流模型。

以单辊式薄带连铸过程中铸口包内流体的流动为研究对象,针对铸

口包的不同设计方案,利用数学方法对流体的流动状态进行了数学模拟,

以了解设备参数及工艺条件对流场的影响。由于辊面与铸口包接触处散

热量大,钢液在交接处大量凝固,造成了薄带的薄厚不匀,为了能使流入

铸口包的钢液流股流向辊面而在交接处不凝固。针对这个问题进行了分

析与讨论。

2薄带连铸过程分析

单辊式薄带连铸中间包(铸口包)的示意图如图1。钢液自浸入式水

口注入中间包内,经过挡墙到达辊面。在整个过程中辊面以恒定速度Uw

转动。

图1薄带成形示意图

实际情况受很多复杂因素的影响,为方便计算起见,特作如下假设:

(1)本模型仅考虑流动和成带进入稳定状态的情况,不涉及钢液到达

辊面并逐渐被拉出的起始过程,即过程作稳态处理

(2)钢液的自由表面除靠近辊面的局部外,为稳定的水平面,W方向

速度分量为零。

(3)忽略重力的影响。

(4)由于辊面尺寸远大于铸口尺寸,因此把辊面简化为平面。

3数学模型

3.1建立数学模型的根据［11］

单辊式薄带连铸中间包(铸口包)内钢液流动为三维稳定流动,且钢

液为不可压缩流体,忽略表面渣层的影响,钢液面为自由表面,包内钢液

的流动为湍流流动。为此中间包内钢液流动的基本方程为:

.连续性方程

(1)

.Navier-Stokes方程

(2)

湍流模型采用Lauder和Spalding的K-ε双方程来计算。

湍流动能方程