スケール（巻渣）は鋼塊製品の品質を低下させる可能性があり、鋼塊の鋳型充填過程におけるスケール挙動の研究は製品品質向上に重要な意義を持つ。本研究は9トンの八角鋳塊を対象とし、VOF（Volume of Fluid）多相流モデルを構築し、異なる鋳造速度下での鋼液充填流れ場特性、ウェーバー数の変化、液面の変動および鋼-スラグ界面挙動を系統的に分析した。研究結果は、本鋳造におけるスケール発生の臨界最大鋳造速度が20 kg/sであることを示した。この速度以下では、中心流束付近のウェーバー数が臨界ウェーバー数未満であり、鋼液充填流れ場は安定し、液面の変動は穏やかで中心波高は0.06 mであり、鋼-スラグ界面は安定して巻渣の発生はない。これを超える速度では、中心流束付近のウェーバー数が臨界値を超え、流れ場の安定性が低下し、中心流束の高さおよび乱流エネルギーが増加し、中心波高は0.08 mに上昇し、スラグ穴の滞留時間が延長され、鋼-スラグ界面が不安定となり、液面の変動が激しくなり、鋼液中の残留スラグ相含有量が著しく増加し、残留率は15 kg/s時の0％から25 kg/s時の74.3％に急増した。

鋼塊鋳造; 鋳造速度; 液面変動; 巻渣挙動; 数値シミュレーション