超宽板坯连铸结晶器内传热和凝固过程的模拟研究

炼钢 ›› 2026, Vol. 42 ›› Issue (1): 28-37.

超宽板坯连铸结晶器内传热和凝固过程的模拟研究

司新宇，姜显松，涂凌峰，王强强，何生平

（重庆大学材料科学与工程学院，重庆 400044）

出版日期:2026-02-05 发布日期:2026-01-27

Numerical simulation of heat transfer and solidification process in ultra-wide slab continuous casting mold

Online:2026-02-05 Published:2026-01-27

摘要/Abstract

摘要： 为了探究超宽板坯结晶器（断面2 920 mm×150 mm）内温度场和凝固坯壳的生长规律，建立了流动传热凝固的多场耦合数学模型，对比分析了有无坯壳对结晶器内部流场的影响，以及浸入式水口出口角度对凝固坯壳生长的影响。结果表明：凝固壳的存在会使超宽板坯结晶器内部流场产生明显变化，上下回流现象减弱，没有明显回流中心，特别是下回流区域比没有坯壳更小，因此忽略凝固坯壳会得到不准确的流场预测结果。由于超宽板坯具有较大的宽厚比，射流自浸入式水口射出后会以较大的动能首先与宽面发生撞击，撞击点附近出现局部高温区域，延缓该位置坯壳生长，使得凝固壳厚度有所下降。同时过早的碰撞耗散了较大动能，后续对两侧窄面的冲击弱，因此，较宽面而言，射流对窄面坯壳生长影响较小。与常规板坯坯壳生长不同的是，超宽板坯坯壳在持续拉出的过程中没有出现重熔现象。随着水口倾角的减小，10°较15°而言，宽面坯壳周向的温度差异减小，射流在窄面的撞击点上移，整个窄面高温区域随之上移，5°水口靠近弯月面区域温度更高，出现明显的坯壳生长减缓现象，致使最后在拉出结晶器时的坯壳厚度相较于10°和15°水口薄约1.5 mm。研究结果对超宽板坯结晶器流场和温度场的控制具有一定的指导意义，适当减少水口倾角（从15°减小到10°）对减少超宽板坯宽面纵裂纹发生率有一定的改善作用。

关键词: 水口倾角, 超宽板坯, 数值模拟, 流场, 凝固坯壳

司新宇, 姜显松, 涂凌峰, 王强强, 何生平. 超宽板坯连铸结晶器内传热和凝固过程的模拟研究[J]. 炼钢, 2026, 42(1): 28-37.

[1]	王君天, 闫江辉, 潘水军, 林修奂. 方坯连铸结晶器内钢水的数值模拟与浸入式水口改进[J]. 炼钢, 2026, 42(1): 38-47.
[2]	赵宇航, 杨健, 刘海春, 巨伟锋, 王朋飞, 李晓明, 张同生. 气幕挡墙和“V”形多孔挡墙对不规则三流中间包流场及温度场的影响[J]. 炼钢, 2025, 41(6): 44-55.
[3]	贾星宇, 唐海燕, 靳伦安, 王飞, 邓伟, 邱军华. 四流方坯中间包堵流/少流浇铸时钢水流动行为研究[J]. 炼钢, 2025, 41(6): 56-66.
[4]	董文利, 李春艳, 黎才庆, 刘海啸, 朱振国, 王睿智. 电磁感应加热对连铸大圆坯中间包内流场及温度场的影响[J]. 炼钢, 2025, 41(6): 67-80.
[5]	李廷刚, 甄新刚, 李凤春, 范祚驿, 张志强, 赵和明, . 板坯二冷电磁搅拌工艺及铸坯质量研究[J]. 炼钢, 2025, 41(5): 69-78.
[6]	布燊川, 肖远悠, 张达先, 何建中, 王国承, . 大方坯连铸结晶器流体运动行为的水模研究[J]. 炼钢, 2025, 41(4): 51-58.
[7]	赵宇航, 杨健, 张同生. 板坯连铸结晶器流场、卷渣以及非稳态过程物理模拟的最新进展[J]. 炼钢, 2025, 41(3): 1-.
[8]	曹磊, 胡谨, 付菁媛, 赵定国, 张立民, 张杰. 130 t钢包底吹氩工艺中关键影响因素的模拟研究及优化策略[J]. 炼钢, 2025, 41(3): 47-.
[9]	颜海波, 陈曙光, 刘斌, 王国斌, 王明林. 倒角结晶器吹氩对铸坯气孔缺陷成因的模拟研究[J]. 炼钢, 2025, 41(3): 62-.
[10]	刘崇, 张雲飞, 刘纲, 丁志军, 康旭, 张俊粉. 电弧炉炼钢集束氧燃混合射流动力学特性研究与工业实践[J]. 炼钢, 2025, 41(2): 24-29.
[11]	王博, 金进文, 朱宏伟, 吕子宇, 顾超, 包燕平, 韦泽. 50 t双流板坯中间包结构优化及工业应用[J]. 炼钢, 2025, 41(2): 65-73.
[12]	张建元, 赵喜庆, 王志通, 陈威, 张立峰. 板坯结晶器内流场流态控制的插钉板工业试验研究[J]. 炼钢, 2025, 41(2): 74-84.
[13]	曾帅, 姜媛馨, 张晗, 孙乙力, 罗洪杰, 雷洪, . RH真空精炼的发展现状和展望[J]. 炼钢, 2025, 41(1): 1-11.
[14]	富强, 孙才权, 刘真海, 关锐, 艾新港, 李胜利. 铁水包脱硫吹气赶渣工艺多相流数值模拟研究[J]. 炼钢, 2025, 41(1): 19-28.
[15]	赵逸, 郑淑国, 朱苗勇. 120 t转炉二次燃烧氧枪溅渣射流特性数值模拟[J]. 炼钢, 2025, 41(1): 29-36.