结晶器弯月面液渣周期性流入行为与机理解析

把握弯月面处液体保护渣随结晶器振动的周期性流入机理与控制要素,是稳定和提高连铸坯表面质量的前提。考虑弯月面区域钢液-保护渣-空气三相的几何、接触和运动特性,建立了耦合钢液传热、坯壳凝固与液渣流动的数学模型,预测结果与实际测量以及相关报道吻合,模拟分析了液渣的周期性流动和流入行为。围绕影响保护渣流入和消耗的主要因素,重点研究了液渣流入的周期性行为,探讨了一个振动周期内液渣的流入量、流入速度与渣道宽度的变化特点。通过界定和解析弯月面附近不同区域液渣流入的贡献和规律特征,对主导液渣流入的影响因素和作用机制进行了分析。结果表明,在一个振动周期内,保护渣向渣道的流入过程分为2个阶段和2种过渡状态。在第一阶段,流入的液渣主要由靠近弯月面钢液顶部的区域提供;在第二阶段,流入的液渣基本由靠近渣圈的区域提供;处于过渡状态,2个区域液渣流入渣道的量是此消彼长的过程。在弯月面区域,水平方向速度是制约液渣流入渣道入口或远离渣道入口的主要因素,垂直方向速度是影响液渣流入区域与瞬态流入量的关键,并且瞬态流入量受矢量速度分量与渣道宽度共同的影响。在此模拟条件下,液渣在整个振动周期均流入,流入量峰值为正滑脱中期,流入量低谷在负滑脱中期至负滑脱结束之间。