宽厚板坯浸入式水口结构优化及工艺参数调控数值模拟

曲天保; 李志广; 孙拓; 程官江; 刘广超; 李涛; 谷少鹏

doi:10.20057/j.1003-8620.2025-00164

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宽厚板坯浸入式水口结构优化及工艺参数调控数值模拟

冶炼与凝固 | 更新时间：2026-03-03

- 宽厚板坯浸入式水口结构优化及工艺参数调控数值模拟
- Numerical Simulation of Structural Optimization And Process Parameter Control of Submerged Nozzles For Wide And Thick Slab
- 特殊钢 2026年47卷第2期页码：89-99
- 作者机构：
  
  1.安阳钢铁股份有限公司，安阳 463899
  2.华北理工大学冶金与能源学院，唐山 063210
  3.河北钢铁实验室，唐山 063210
- 作者简介：
  
  曲天保（2001—）男，硕士；E-mail：qutianbao@stu.ncst.edu.cn
  谷少鹏（1987—）男，博士，讲师；E-mail：spgu@ncst.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划(2022YFB3705200;2022YFB3705201);河北省创新能力提升计划项目(24461004D);河北省高等学校科学技术研究项目(QN2024193);唐山市科技计划项目(22130212H);石家庄市基础研究计划项目(241790857A);燕赵钢铁实验室区域创新能力提升项目(YZISL2024052;YZISL2024031)
- DOI：10.20057/j.1003-8620.2025-00164
  中图分类号： TF701
- 收稿：2025-07-04，
  
  纸质出版：2026-03-30
- 稿件说明：
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曲天保,李志广,孙拓等.宽厚板坯浸入式水口结构优化及工艺参数调控数值模拟[J].特殊钢,2026,47(02):89-99.

Qu Tianbao,Li Zhiguang,Sun Tuo,et al.Numerical Simulation of Structural Optimization And Process Parameter Control of Submerged Nozzles For Wide And Thick Slab[J].Special Steel,2026,47(02):89-99.
曲天保,李志广,孙拓等.宽厚板坯浸入式水口结构优化及工艺参数调控数值模拟[J].特殊钢,2026,47(02):89-99. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2025-00164.

Qu Tianbao,Li Zhiguang,Sun Tuo,et al.Numerical Simulation of Structural Optimization And Process Parameter Control of Submerged Nozzles For Wide And Thick Slab[J].Special Steel,2026,47(02):89-99. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2025-00164.

摘要

浸入式水口是连铸结晶器内钢液流动的导向部件，优化浸入式水口构造、提升钢液流动状态，对生产高品质的铸坯具有重大意义。以河南某钢厂230 mm×1 650 mm宽厚板坯连铸结晶器内流场为研究对象，采用ANSYS-FLUENT软件开展系统数值仿真研究。针对生产过程中结晶器内钢液面存在剧烈波动状况，采用一种新型扁形水口，剖析更换后的浸入式水口对结晶器内钢液流场的影响。研究结果显示，更换扁形水口后，结晶器内钢液流场的流动趋势较好，更换前圆形水口结晶器内自由钢液面速度波动较大，距离水口0~0.3 m范围内钢渣界面速度波动较大，最高达到0.3 m/s，导致钢液面波动剧烈且引起表面夹渣行为，严重影响铸坯质量。此外，采用扁形水口的湍动能比圆形水口的湍动能减少50%，显著降低水口结瘤堵塞风险，提高了浸入式水口寿命。综合分析，新型扁形水口比圆形水口更适合宽厚板现场。最后，对扁形水口进行工艺参数模拟，结果表明，当水口浸入深度125 mm，拉速0.8 m/min，水口倾角15 °时，能够获得较为理想的结晶器内的钢液流场形态，为该新型水口的最佳使用工艺方案，这为该钢铁企业制定合理的工艺参量提供了借鉴和引导。

Abstract

The submerged nozzle is the guiding part of molten steel flow in continuous casting mold. Optimizing the structure of submerged nozzle and improving the flow state of molten steel are of great significance for producing high quality cast billet.The flow field in the continuous casting mold with a size of 230 mm×1 650 mm wide and thick slab in a steel plant in Henan Province was systematically studied， and a numerical simulation was conducted using FLUENT software. In view of the violent fluctuation of molten steel level in the mold during production， a new flat nozzle is adopted to analyze the influence of the replaced submerged nozzle on the flow field of molten steel in the mold.Research findings indicate that substituting the flat nozzle led to a more favorable flow pattern of the molten steel within the mold. Before the replacement， the free steel liquid surface velocity in the circular nozzle mold fluctuated greatly， and the velocity of the steel-slag interface within the range of 0 m-0.3 m from the nozzle fluctuate greatly and reach a maximum of 0.3 m/s. It caused severe fluctuations in the steel liquid surface and surface slag inclusion behavior， seriously affecting the quality of the cast billet. In addition， the turbulent energy of a flat nozzle is reduced by 50% compared to a circular nozzle. Which significantly reduce the risk of nozzle clogging and increasing the service life of submerged nozzles. Comprehensive analysis shows that the new flat nozzle is more suitable for wide and thick plate site than the circular nozzle.Finally， the process parameters of the flat nozzle were simulated， and the results showed that when the nozzle was immersed at a depth of 125 mm， pulled at a speed of 0.8 m/min， and tilted at an angle of 15 °， a relatively ideal flow field shape of the mold could be obtained. This provides the best process plan for the use of this new nozzle and provides reference and guidance for the steel and iron enterprise to formulate reasonable process parameters.

关键词

Keywords

references

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