板坯连铸的核心技术是结晶器,结晶器内钢液流动较为复杂,国内外对板坯连铸机结晶器的研究较多,最常用的方法为物理模拟实验。物理模拟就是通过物理模型和借助必要的测试手段,对所研究体系的过程进行观察和显示。物理模型是建立在相似原理上的模型,并保持模型的工作规律和实际的工作规律基本相似。相似性主要包括几何相似、运动相似、动力相似。在进行流体研究时,动力学相似和几何相似是两个最基本的条件。流体运动时受到了惯性力、重力、粘性力、表面张力的作用,包含这些力的主要相似准数有:(1)雷诺准数;(2)弗鲁德准数;(3)韦伯准数。对于钢液物理模拟,主要是保证弗鲁德准数的相等。钢液物理模拟的主要方法是水力学模拟。本文针对重钢2#板坯连铸机结晶器(断面为170×1400mm2),通过相似原理,比较相关的物理性质,用水模拟钢液,用塑料离子模拟粉渣层,用油模拟液渣层,用N2模拟Ar,建立物理模型,并确定相关的流量参数。针对影响结晶器流场及铸坯质量的浸入式水口各主要因素(包括角度、出口面积比、结构形状、凹陷深度),通过正交设计出九种实验方案,通过实验,找出影响实验效果的各个因素的顺序,优化出2 种新的水口设计方案,再进行重复实验。从而找出最佳水口。在实验过程中,用超声水位传感器对液面波动进行采集,用压力传感器进行压力测量,通过调节流量计的进出水量模拟不同的拉速,用塞棒来控制结晶器液面。通过对九种实验水口进行液面波动、冲击压力测定, 并在改变插入深度情况下观察结晶器表面渣覆盖情况,通过实验数据的分析,优化设计出10、11#水口。针对实验效果较好的5、8#水口及优化的10、11#水口改变实验条件重复进行实验,重新测定液面波动、冲击压力及观察保护渣覆盖情况。通过改变拉速、插入深度、通气量等实验手段,对重钢现有使用的5#水口及优化后的11#水口进行流场显示及保护渣覆盖情况观察,确定11#水口为最佳水口。确定最佳的拉速、插入深度及通气量为:(1)合适的拉速范围为:1.2m/min～1.6m/min;(2)当拉速低于1.4m/min 时,插入深度选取230～270mm,当拉速等于1.4m/min 时,插入深度范围为270～290mm,当拉速大于1.4m/min 时,插入深度为290～320mm;(3)当插入深度为250mm 时,通气量为6.608L/min,当插入深度为了310mm 时,通气量为11.328L/min。