Effect of Casting Speed on Slag Entrainment Behaviour During Ingot Filling

Xu Jichen; Zhai Haodong; Zhang Yan; Feng Xulong; Ren Luhao; Xu Changjun

doi:10.20057/j.1003-8620.N250563

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Effect of Casting Speed on Slag Entrainment Behaviour During Ingot Filling

Smelting and Solidification | 更新时间：2026-05-12

- Effect of Casting Speed on Slag Entrainment Behaviour During Ingot Filling
- Special Steel Vol. 47, Issue 3, Pages: 75-81(2026)
- 作者机构：
  
  1.辽宁科技大学材料与冶金学院，鞍山114044
  2.东北大学冶金学院，沈阳110819
  3.抚顺特殊钢股份有限公司技术中心，抚顺113001
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20057/j.1003-8620.N250563
  CLC： TF775.6
- Received：20 October 2025，
  
  Revised：2025-11-25，
  
  Accepted：02 December 2025，
  
  Published：30 May 2026
- 稿件说明：
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许纪辰,翟浩东,张岩等.浇注速度对钢锭充型过程中钢渣卷混行为的影响[J].特殊钢,2026,47(03):75-81.

Xu Jichen,Zhai Haodong,Zhang Yan,et al.Effect of Casting Speed on Slag Entrainment Behaviour During Ingot Filling[J].Special Steel,2026,47(03):75-81.
许纪辰,翟浩东,张岩等.浇注速度对钢锭充型过程中钢渣卷混行为的影响[J].特殊钢,2026,47(03):75-81. DOI： 10.20057/j.1003-8620.N250563.

Xu Jichen,Zhai Haodong,Zhang Yan,et al.Effect of Casting Speed on Slag Entrainment Behaviour During Ingot Filling[J].Special Steel,2026,47(03):75-81. DOI： 10.20057/j.1003-8620.N250563.

摘要

卷渣会降低钢锭产品质量，研究钢锭浇注过程的卷渣行为对提升钢锭产品质量具有重要意义。本研究以9 t八角锭为研究对象，建立了VOF（Volume of Fluid）多相流模型，系统分析不同浇注速度下钢液充型流场特征、韦伯数变化、液面波动以及钢-渣界面行为。研究结果表明，20 kg/s为该铸锭发生卷渣的临界最大浇注速度，低于该速度时，中心流股附近韦伯数小于临界韦伯数，钢液充型流场稳定，液面波动平缓，中心波高为0.06 m，钢-渣界面稳定且无卷渣发生；高于此速度时，中心流股附近韦伯数超过临界值，流场稳定性下降，中心流股高度及湍动能增加，中心波高增至0.08 m，渣眼停留时间延长，导致钢-渣界面失稳，液面波动加剧，钢液中残余渣相含量显著上升，残留率由15 kg/s时的0%激增为25 kg/s时的74.3%。

Abstract

Slag entrainment compromises ingot quality. Investigating its behaviour during ingot casting is crucial for enhancing product quality. In this study， a 9 t octagonal ingot was selected as the research object and a VOF（Volume of Fluid） multiphase flow model was established to systematically analyze the behaviour of molten steel filling flow fields， variations in Weber number， liquid surface fluctuations， and steel-slag interface behavior under different casting speeds. The results show that a casting speed of 20 kg/s represents the critical maximum casting speed at which slag entrainment occurs in this ingot. Below this speed， the Weber number near the central flow stream remains lower than the critical value， indicating stable flow patterns and mild surface fluctuations， with a central wave height of 0.06 m. The steel-slag interface remains stable， and slag entrainment does not occur. When the casting speed exceeds this threshold， the Weber number near the central flow stream exceeds the critical value， reducing flow stability. The height of the central surface hump and the turbulent kinetic energy of the central jet increase， raising the central wave height to about 0.08 m. The residence time of slag eye becomes longer， intensifying surface fluctuations and destabilizing the steel-slag interface. Consequently， the residual slag phase content in the molten steel increases sharply， with the residual rate rising from 0% at 15 kg/s to 74.3% at 25 kg/s.

关键词

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孙仁孝，杨卓钧，董履仁，等 . 钢中大型夹杂的来源及去除途径［J］. 炼钢， 1987 ， 3 （ 2 ）： 54 - 60 .

周海忱，刘国梁，李海波，等 . 基于数值模拟的结晶器卷渣在线预测方法［J］. 钢铁， 2022 ， 57 （ 8 ）： 103 - 110 .

杨锦，胡波，张炯明，等 . Q420钢中非金属夹杂物的分析［J］. 铸造技术， 2011 ， 32 （ 1 ）： 43 - 45 .

赵亚雄 . 下注12Cr2Mo1夹杂分析及浇注工艺优化［J］. 大型铸锻件， 2020 （ 1 ）： 6 - 7 .

张超杰，包燕平，王敏，等 . 模底砖结构对大钢锭充型过程卷渣的影响［J］. 工程科学学报， 2016 ， 38 （ S1 ）： 129 - 133 .

Eriksson R ， Jonsson L ， Jönsson P G . Effect of entrance nozzle design on the fluid flow in an ingot mold during filling ［J］. ISIJ International ， 2004 ， 44 （ 8 ）： 1358 - 1365 .

Lin Z Q ， Yang J ， Huang F X ， et al . Influence of casting speed change and submerged entry nozzle offset on mold flow field in unsteady-state continuous casting process ［J］. Metallurgical Research & Technology ， 2023 ， 120 （ 2 ）： 208 .

吕剑波，刘风刚，陈威，等 . 连铸板坯结晶器卷渣定量化数值模拟研究［J］. 连铸， 2025 ， 50 （ 2 ）： 91 - 99 .

曹岸春，宋永泉 . 车轮钢锭底部表面卷渣问题研究［J］. 大型铸锻件， 2018 （ 6 ）： 5 - 6 .

肖泽强，彭一川 . 喷吹钢包中渣金卷混现象的数学模化及其应用［J ］. 钢铁， 1989 ， 24 （ 10 ）： 17 - 21+10 .

刘同威，张燕超，张彩军，等 . 吹氩条件下结晶器钢渣液面波动行为［J］. 连铸， 2022 ， 47 （ 3 ）： 18 - 24 .

Kumar M ， Mishra P ， Roy A K . Analysis of different mould section sizes to optimize the submerged entry nozzle to measure the meniscus fluctuation in a continuous casting mould ［J］. Crystals ， 2021 ， 11 （ 5 ）： 564

朱苗勇，王　军，雷　洪，等 . 连铸结晶器内钢水卷渣的机理与控制［J］. 鞍钢技术， 2005 （ 2 ）： 1 - 4 .

曹娜，朱苗勇，宋景欣，等 . 板坯连铸结晶器内钢渣界面行为的数值模拟［C］. 第八届全国连铸学术会议论文集 . 2007 ： 248 - 252 .

Jonsson L ， Jönsson P . Modeling of fluid flow conditions around the slag/metal interface in a gas-stirred ladle ［J］. ISIJ International ， 1996 ， 36 （ 9 ）： 1127 - 1134 .

Gupta D ， Lahiri A K . Water modelling study of the jet characteristics in a continuous casting mould ［J］. Steel Research ， 1992 ， 63 （ 5 ）： 201 - 204 .

Ye H ， Ma T F ， Hackl G ， et al . Full-scale water modeling on flow field of continuous casting mold ［J］. China’s Refractories ， 2021 ， 30 （ 2 ）： 51 - 54 .

Zhang L F ， Rietow B ， Thomas B G ， et al . Large inclusions in plain-carbon steel ingots cast by bottom teeming ［J］. ISIJ International ， 2006 ， 46 （ 5 ）： 670 - 679 .

Ma G X ， Xu C J ， Wang T ， et al . Effect of heat preservation cover on solidification quality in large round bloom ［J］. Ironmaking & Steelmaking： Processes ， Products and Applications， 2024 ： 03019233241293881 .

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