研究背景
扇形噴嘴因其噴淋效果穩定、覆蓋面積廣、適用性強等特點，在連鑄冷卻工藝中得到了廣泛應用。噴淋冷卻是二次冷卻區的主要冷卻方式，噴嘴的選型和布置直接影響噴淋冷卻效率和連鑄坯質量。然而，大多數的研究都是集中在對特定鋼種或連鑄機的二冷配水或噴嘴布置優化方面，導致相應的優化方案應用范圍有限，同時，忽略了噴嘴自身性能對噴淋冷卻效果的影響。此外，噴淋冷卻效果與噴嘴的水量分布密切相關，采用常規的實驗檢測手段，獲取最佳的噴嘴配置參數需要進行大量、重復的實驗。考慮到適宜的噴嘴布置參數隨噴嘴選型和工況條件的變化而變化，闡明不同噴嘴選型和布置下噴淋水量分布的變化規律對于設計和優化連鑄噴淋系統至關重要。因此，開發便捷地獲取噴嘴水量分布和最佳噴嘴選型、配置參數的方法具有重要的科學研究意義和工程應用價值。
研究概述
北京科技大學劉青教授課題組應用自主研發的噴嘴性能檢測設備解析了扇形噴嘴噴淋性能，建立了不同噴嘴布置方式下的水量分布預測模型，提出了一種新的扇形噴嘴配置設計和優化策略/方法。相關結果發表在Steel Research International上。
圖1 扇形噴嘴水量分布預測模型機理示意圖：a.單噴嘴布置；b.多噴嘴布置
圖2 不同噴嘴布置下水量分布的預測和實測結果比較：a.噴淋高度為120 mm；b.噴淋高度為140 mm；c.噴淋高度為120 mm，噴嘴間距為100 mm；d. 噴淋高度為140 mm，噴嘴間距為100 mm
圖3 扇形噴嘴布置設計和優化策略/方法流程圖
研究小結
該團隊基于扇形噴嘴性能研究，建立了不同噴嘴布置方式下的水量分布預測模型，能夠便捷地預測不同噴嘴配置（包括噴嘴類型、布置參數和噴嘴數量）下的水量分布情況，平均預測誤差小于0.24%。此外，定義了多噴嘴布置下的水量分布評價指標，并應用建立的預測模型給出了求解方法。基于此，提出了一種新的扇形噴嘴配置設計和優化策略/方法，可顯著改善連鑄二冷區噴淋水量分布的不均勻性。研究成果已在某鋼廠板坯連鑄機上取得了良好的應用效果，可為鋼廠提高連鑄凝固冷卻過程控制精準度提供理論和技術支撐。
期刊簡介
Steel Research International 期刊是一本研究和開發鋼鐵及相關材料的冶金學期刊。期刊范圍從工藝冶金和金屬成型到材料工程、過程控制和測試。期刊重點是鋼、鐵合金和與煉鋼和鋼鐵加工相關的材料，如耐火材料和爐渣。
