连铸坯液相穴长度的测定研究

D0I:10.13374/i.issn1001053x.2003.01.007 第25卷第4期 北京科技大学学报 Vol.25 No.4 2003年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2003 连铸坯液相穴长度的测定研究 栗伟朱国森王万军王新华 北京科技大学治金学院，北京100083 摘要介绍了两种测量液相穴长度的方法一射钉法和数学模型法.将射钉法所测量的 结果与数学模型计算的结果进行了比较，结果表明，射钉法具有测量准确，成本低廉等优点， 值得推广使用， 关键词坯壳厚度；液相穴长度；射钉法；连铸 分类号T下777.1 连铸机的液相穴长度是连铸生产中一个非 于击入铸坯的射钉在铸坯固相区和液相区内的 常重要的参数，它直接反映着俦坯冷却的状况和 形貌不同，通过金相分析、硫印分析等手段就可 拉速的合理程度，液相穴长度的测量对连铸机实 以比较直观、准确地测量出铸坯的凝固层厚度， 现热轻压下、连铸坯热装热送及进一步提高拉速 射钉法测量液相穴长度首先由日本连铸工 都有着重要的意义，有必要对液相穴长度的测量 作者提出，最初使用于建筑用射钉枪.国内从20 进行研究 世纪90年代起开始使用专门设计用来测量铸坯 但在实际生产过程中，很难直接测量出液相 凝固厚度的射钉设备，取得了很好的效果.宝钢 穴的长度，一般的方法是先测出凝固坯壳的厚 的研究人员对射钉法和打孔排液法所测量的凝 度，然后应用凝固定律计算出液相穴长度，目前， 固坯壳厚度进行了比较，比较结果如表1. 铸坯凝固坯壳厚度的测量通常借助于凝固传热 表1实验结果对比 数学模型，但通过实测铸坯凝固坯壳厚度的现场 Table 1 Comparison of experimental results 实验研究工作很少，实测法具有直观、准确的优 序号凝固时间/s射钉法/mm排液法/mm相对误差% 点，可以弥补数学模型法的不足，同时还可以对 1930 26.0 25.1 3.6 数学模型进行验证. 21018 27.1 29.0 6.6 本文主要介绍了射钉实测法测量坯壳厚度 由表中可以看出用射钉法测定的凝固坯壳 和液相穴长度，同时开发了数学模型，并将实测 厚度相对误差较小，明显优越于排液法. 所得结果和数学模型的结果进行了相互验证， 1,2实验步骤 射钉法坯壳厚度测量系统由射钉枪、支座和 1实验方法 击发控制器三部分组成，以火药为击发动力，击 1.1射钉法与其他方法的比较 发控制器最多可同时控制六支射钉枪.射钉枪长 铸坯凝固坯壳厚度的测量方法有以下几种： 度为1.5m,顶部有撞针，撞针直接连接到控制 “打孔排液法”、“示踪剂法”、“电磁超声波法”、 器，由控制器控制撞针的击发.钉子和火药弹装 “射钉法”.其中，射钉法具有测量准确、成本低廉 在射钉枪的中部，当控制器按下击发命令后，撞 和可普及性强等特点，用“射钉法”测定铸坯凝固 针打在火药弹上，火药弹产生强大的动力将钉子 坯壳的厚度就是将作为示踪材料的钢钉击打入 射入铸坯.射钉为普碳钢，长度为130mm,射钉 铸坯，然后在铸坯相应的位置取样进行分析，由 上加工有两道含疏的沟槽， 在铸坯宽度14处沿拉坯方向纵向布枪，待 收稿日期200206-26栗伟男，24岁，硕士 铸机以一定拉速稳定工作一段时间以后，依次将

￾￾ 尸 第 ￾￾卷 第 ￾期 ￾￾￾ 年 ￾月 北 京 科 技 大 学 学 报 ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾比姆 ， ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾】￾￾￾￾ ￾ ￾ ￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾ 连铸坯液相 穴长度的测定研究 果 伟 朱国 森 王 万 军 王 新 华 北京科技大 学冶金学 院 ， 北 京 ￾￾￾￾￾ 摘 要 介绍 了两种测 量液相 穴长度 的方法— 射钉 法和 数学模型 法 ￾ 将射钉 法 所 测 量 的 结果 与数 学模型计 算 的结果 进行 了 比较 ， 结果 表 明 ， 射钉法 具 有测 量准确 ， 成 本低 廉 等优 点 ， 值得推广 使用 ￾ 关键词 坯壳厚度￾液相 穴长度￾射钉 法￾连铸 分 类号 开 ￾￾ ￾ ￾ 连 铸 机 的液 相 穴 长 度 是 连 铸 生 产 中一 个 非 常重 要 的参数 ， 它直接反 映着铸 坯冷 却 的状 祝 ‘和 拉速 的合 理程度 ， 液相 穴长 度 的测 量对连铸机 实 现 热 轻压 下 、 连铸 坯 热装热送及 进 一 步提 高拉速 都有着重 要 的意义 ， 有 必 要对 液相 穴长度 的测 量 进 行研 究￾ ￾ 但在 实 际生产 过 程 中 ， 很难直接测 量 出液相 穴 的长 度 ， 一 般 的方法 是 先 测 出凝 固坯 壳 的厚 度 ， 然后 应 用凝 固定律计 算 出液相穴 长度 ￾ 目前 ， 铸 坯 凝 固坯 壳 厚度 的测 量 通 常 借助 于 凝 固传 热 数 学模型 ， 但 通 过 实测 铸坯 凝 固坯 壳厚度 的现 ‘场 实验 研 究 工 作 很 少 ￾ 实测 法 具 有 直 观 、 准 确 的优 点 ， 可 以弥补 数 学模型 法 的不足 ， 同 时还 可 以对 数学模型进 行验 证 ￾ 本 文 主 要 介 绍 了射 钉 实 测 法 测 量 坯 壳 厚度 和 液相 穴长度 ， 同 时开 发 了数学 模型 ， 并将实测 所 得 结果 和 数 学模 型 的结 果进 行 了相互 验 证 ￾ 于 击 入 铸 坯 的射 钉 在 铸 坯 固相 区 和 液 相 区 内 的 形 貌不 同 ， 通 过 金 相 分析 、 硫 印分 析 等手 段 就 可 以 比较直 观 、 准确地 测 量 出铸坯 的凝 固层 厚度 ￾ 射 钉 法 测 量 液 相 穴 长 度 首 先 由 日本 连 铸 工 作 者 提 出 ， 最 初 使用 于 建筑 用 射 钉 枪 ￾ 国 内从 ￾ 世 纪 ￾ 年 代起 开 始 使 用 专 门设 计 用 来测 量 铸 坯 凝 固厚度 的射钉 设备 ， 取 得 了很好 的效果￾ ￾ 宝钢 的研 究人 员对 射 钉 法 和 打 孔 排 液 法 所 测 量 的凝 固坯 壳 厚度 进 行 了 比较 ， 比较 结 果 如 表 ￾ ￾ 表 ￾ 实验结 果 对 比 ￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ 序号 凝 固时 间￾ 射 钉法加功 排 液法￾￾ 相 对 误差￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾ ￾ ￾ ￾ ￾ ￾ ￾，几 ￾ ￾ ￾，‘ ￾￾‘ ￾￾ ￾ ，︸内‘ ￾月尹了 ￾ 实验 方 法 ￾￾ 射钉 法 与其 他 方 法 的 比较 铸坯凝 固坯 壳厚度 的测量 方 法有 以下 几 种 ￾ “ 打 孔排液法 ” 、 “ 示 踪剂 法 ” 、 “ 电磁 超 声波法 ” 、 “ 射钉 法 ” ￾ 其 中 ， 射钉法 具有测量准 确 、 成 本低 廉 和 可普及 性 强等特 点 ， 用 “ 射钉法 ” 测 定铸坯凝 固 坯 壳 的厚度 就 是将作 为示 踪 材 料 的钢 钉 击 打 入 铸 坯 ， 然 后 在 铸 坯 相 应 的位 置 取 样 进 行 分 析 ￾ 由 收稿 日期 ￾￾￾刁卜￾￾ 栗伟 男 ， ￾ 岁 ， 硕 士 由表 中可 以看 出用 射钉 法 测 定 的凝 固坯 壳 厚度相对 误 差 较 小 ， 明显 优 越 于 排 液法 ￾ ￾￾ 实验 步骤 射 钉 法 坯 壳 厚度 测 量 系统 由射 钉 枪 、 支 座 和 击 发控 制 器 三 部 分 组 成 ， 以火 药 为击 发 动 力 ， 击 发控制器最 多可 同时控制六 支射 钉 枪 ￾ 射 钉 枪长 度 为 ￾ ￾ ￾￾ ， 顶 部 有撞 针 ， 撞 针 直接连 接 到控 制 器 ， 由控 制器 控 制撞 针 的击 发 ￾ 钉 子 和 火药 弹装 在射 钉 枪 的 中部 ， 当控 制 器 按 下 击 发 命 令 后 ， 撞 针 打在 火 药 弹 上 ， 火 药 弹产 生 强 大 的动 力将钉 子 射 入 铸 坯 ￾ 射 钉 为普碳 钢 ， 长度 为 ￾￾￾￾ ， 射 钉 上 加 工 有 两 道 含硫 的沟 槽 ￾ 在 铸 坯 宽度 ￾￾ 处 沿 拉 坯 方 向纵 向布 枪 ， 待 铸机 以一 定 拉速 稳 定 工 作 一段 时 间 以后 ， 依 次将 ＤＯＩ：１０．１３３７４／ｊ．ｉｓｓｎ１００１－０５３ｘ．２００３．０４．００７

·316 北京科技大学学报 2003年第4期 射钉击入铸坯， 传热： 在一个生产条件下，进行了三次实验，实验 (4)导热系数不随温度和时间的变化而改变， 的工艺参数见表2. 二维偏微分方程如下： -识+外s (4) 表2实验工艺参数 Table 2 Technical paramenters of the experiment OH S=pc or (5) Wa/% 编号cS1MmPS你mT/C 式中，p为钢的密度，kgm;c为钢的比热容， m.min- 10.1510.341.350.0150.01013.45115391.15 J/kgK):T为铸坯温度，℃；t为时间，s;k为导热系 20.1510.341.350.0150.01015.8061541 1.15 数，W(m·K);S为凝固潜热，kW/(mKs方H为传热 30.1510.341.350.0150.01018.1321540 1.15 热焓，kJ/mol. 注：为到弯月面的距离，T,为中间包温度，v为拉坯速度 初始条件： 待铸坯完全冷却，用火焰切割设备将铸坯上 T=T。(x20,y20,z0,0) (6) 7T0,0)l-o=T, (7) 有射钉的部位切成约230mm×100mm×25mm的 边界条件： 钢块，进行铣、磨加工，作疏印分析及酸浸.由于 射钉并不是完全垂直地击入铸坯，要用量角器测 -M-) (8) 量射钉所在剖面与铸坯内弧面的角度. 儿=MT-T） 一Ky (9) 13凝壳厚度及液相穴长度的确定方法 铸坯中心处： 根据低倍和硫印图可以直观、准确地获得凝 _T=0 Ox dy (10) 固层的坯壳厚度，但是钉子在射入铸坯时很难确 式中，T.为浇注温度，℃：h为板坯表面的综合传 保与铸坯垂直，因此，必须对测出的凝固坯壳厚 热系数，W(m2K):T.为铸坯表面初始温度，℃. 度进行修正.修正办法如下： 将上述方程离散化，并建立模拟程序求解， d=dcosacosB (1) 选择合适的物性参数，即可求得铸坯最后凝固的 式中，d为实际坯壳厚度，mm:d为测量出的凝固 位置. 坯壳厚度，mm:a为射钉沿铸坯的宽度方向左右 偏离的角度，rad;B为射钉沿铸坯轴对称方向前 2实验结果 后偏离的角度，tad. 修正过的凝固坯壳厚度即为实际的凝固坯 图1为酸浸后得到的典型的宏观金相组织. 壳厚度.液相穴长度可根据凝固定律计算： 从图1可以看到，依据射钉与铸坯的组织形貌不 =杂 (2) 同，宏观组织可分为三个区域：()射钉形貌没有 式中，L为液相穴长度，m;v为拉速，m/min;K为综 变化的区域；(b)射钉的形状发生变化的区域；（©） 合凝固系数，mm/minz. 射钉完全溶解，与铸坯形成同一组织的区域，但 综合凝固系数可由下式计算： 隐约能看到射钉熔化的痕迹， K-号 射钉击入铸坯后，根据非稳态传热计算，射 (3) 钉与铸坯基体达到同一温度大约需07$.在完全 式中，D为凝固坯壳的厚度，mm;t为凝固时间， 固相区，射钉的表层会熔化掉一些，但没有扩散， mim,1=,l为射钉位置距弯月面的距离，v为实 验时的拉坯速度， 1.4数学模型的建立 传热模型建立的前提条件： (1)忽略铸坯长度方向上的传热，温度为厚度 和宽度方向的二维热传导； (2)热物性（比热容、密度等）不随温度变化而 变化： 图1酸浸结果 (3)忽略接触热传导（与冷却辊之间）和辐射 Fig.1 Rresult of acid dipping

一 ￾￾￾ ￾ 北 京 科 技 大 学 学 报 ￾￾￾ 年 第 ￾期 射 钉 击 入 铸 坯 ￾ 在 一 个 生 产 条件 下 ， 进 行 了三 次 实验 ， 实验 的工 艺 参 数 见 表 ￾ ￾ 传 热 ￾ ￾￾导 热 系 数 不 随温度 和 时 间 的变 化 而 改变 ￾ 二 维偏 微 分 方 程 如 下 ￾ 表 ￾ 实验 工 艺参数 ￾￾￾￾ ￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾ ，半 一 “￾影器 ￾啼嚼 ￾￾￾ ￾￾￾ ￾一，架 ￾￾￾ 编号 刀￾￾ ￾￾℃ ￾ ￾ · ￾￾ 一 ， 仁一￾￾门内川曰胡一￾、￾口￾工﹃口 ￾￾￾ ￾ ￾ ￾￾ ￾￾￾ ￾ ￾ ￾￾ ￾￾￾ ￾ ￾ ￾￾ ￾ ￾ ￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾ ￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾ ￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾ ￾￾ ￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾ ￾ ￾￾ ￾ ￾ ￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾ ￾￾ ￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾ ￾ ￾￾ ￾ ￾ ￾￾ ￾ ￾ ￾￾ ，山」弓，￾ ￾︸︸ 、 ￾￾、￾‘ ￾￾了︶ ￾、￾、、 万打认 注 ￾￾为 到弯 月面 的距 离 ， ￾ 为中间包温度 ， ￾ 为拉坯速度 待铸 坯 完 全冷 却 ， 用 火焰 切 割 设 备将 铸 坯 上 有 射 钉 的部位 切 成 约 ￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾ 的 钢 块 ￾ 进 行 铣 、 磨 加 工 ， 作硫 印分 析及 酸浸 ￾ 由于 射钉 并不 是完全 垂 直地击入铸坯 ， 要 用 量 角器测 量 射 钉 所 在 剖面 与铸坯 内弧 面 的角度 ￾ ￾￾ 凝 壳厚 度 及 液 相 穴 长度 的确 定 方 法 根 据低 倍和 硫 印 图可 以直 观 、 准确 地 获得 凝 固层 的坯 壳厚度 ， 但是钉 子在射 入铸坯 时很难确 保 与铸 坯 垂 直 ￾ 因此 ， 必 须对 测 出 的凝 固坯 壳厚 度 进 行 修 正 ￾ 修正 办法 如 下 ￾ ￾￾ 凤￾￾￾￾￾￾明 ￾￾￾ 式 中 ， ￾为实 际坯 壳厚度 ， ￾￾￾。￾ 琉 为测 量 出的凝 固 坯 壳 厚度 ， ￾￾￾￾ ￾ 为射 钉 沿 铸 坯 的 宽度 方 向左 右 偏 离 的角 度 ， ￾￾渭为射 钉 沿 铸 坯 轴 对 称 方 向前 后 偏 离 的角度 ， ￾￾￾ ￾ 修 正 过 的凝 固坯 壳 厚 度 即 为 实 际 的凝 固坯 壳 厚 度 ￾ 液 相 穴 长 度 可 根 据 凝 固定律 计 算。，￾ 式 中 ，￾为钢 的密 度 ， ￾￾￾ 一 ￾￾￾ 为钢 的 比热 容 ， ￾吨 · ￾￾￾为铸 坯 温 度 ， ℃ ￾￾为 时 间 ， ￾ ￾为导 热 系 数 ， 珊￾￾ · ￾￾为凝 固潜 热 ， ￾￾《￾ ￾￾ ￾ 瑟为传 热 热 焙 ， ￾八￾￾ ￾ 初 始条件 ￾ ￾￾ ￾ ￾￾ 之￾ ，￾之 ￾ ， ￾￾ ， 厂￾￾ ￾￾￾ 双￾ ， ￾￾￾ ￾一 。 ￾ 式 ￾￾￾ 边 界 条 件 ￾ 一 嵘 ￾ 一 碍 ， ￾ ￾ 一 。 ￾ ￾￾双一 ￾￾ 卜 一 。 ￾ ￾双一 ￾￾ 铸坯 中心 处 ￾ ￾￾ 币万一 ￾￾￾￾ 式 中 ， ￾为浇注 温 度 ， ￾为板 坯 表 面 的综 合 传 热 系 数 ， 珊￾￾ ￾ ￾ ￾ ￾双为铸 坯表 面 初 始温度 ， ℃ ￾ 将 上 述 方 程 离 散 化 ， 并建 立 模拟 程 序 求 解 ， 选择 合 适 的物 性 参数 ， 即可 求 得铸坯 最 后凝 固 的 位 置 ￾ 矛￾ ￾ ￾ ￾丁￾￾于 络八 ￾ ￾￾￾ 式 中 ， ￾为液 相 穴 长 度 ， ￾￾ 为拉 速 ， 功了角￾￾ ￾为综 合 凝 固系 数 ， ￾￾订￾￾示 ￾ 综合 凝 固系 数可 由下 式计 算 ￾ ￾ ￾ 人 一 不 式 中 ， ￾ 为凝 固坯 壳 的厚度 ， ￾们￾￾ ￾￾￾ ￾为凝 固 时 间 ， ￾ 实验 结 果 图 ￾为酸 浸 后 得 到 的 典型 的宏 观 金 相 组 织 ￾ 从 图 ￾可 以看 到 ， 依 据 射 钉 与铸 坯 的组 织 形 貌不 同 ， 宏观 组 织 可 分 为三 个 区域 ￾ ￾ 射 钉 形 貌 没 有 变化 的 区域 ￾伪￾射 钉 的形 状 发 生 变 化 的区域 ￾￾￾ 射 钉 完全 溶 解 ， 与铸 坯 形 成 同一 组 织 的 区域 ， 但 隐约 能看 到射 钉 熔化 的痕迹 ￾ 射 钉 击 入 铸 坯 后 ， 根 据 非稳 态 传 热 计 算 ， 射 钉 与铸 坯 基 体达 到 同一温度 大 约 需 ￾￾￾ ￾ 在 完 全 固相 区 ， 射 钉 的表层 会熔化 掉 一 些 ， 但 没有扩 散 ， ￾￾ ￾ ￾一 二， ￾为 射 钉 位 置 距 弯 月 面 的 距 离 ， ￾ 为 实 验 时 的拉 坯 速 度 ￾ ￾￾ 数 学 模 型 的建 立 ‘峪目 传 热 模型 建立 的前 提 条 件 ￾ ￾ 忽 略铸 坯 长 度 方 向上 的传 热 ， 温度 为厚度 和 宽度 方 向的二 维热传 导 ￾ ￾￾热物性 ￾比热 容 、 密 度等 ￾不 随温度 变化而 变 化 ￾ ￾￾忽 略接 触 热 传 导 ￾与冷 却 辊 之 间￾和 辐 射 图 ￾ 酸 浸结果 ￾￾ ￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾

VoL.25 No.4 栗伟等：连铸坯液相穴长度的测定研究 317· 形状几乎不会发生变化，即图1中的(a)区：在固 1200 2-1(13.451,953) 2-3(18.134,950.3) (a) 液两相区，满足了射钉熔化的条件，但由于液相 800 对流收到限制，射钉与基体的界面移动受到限 2-2(15.803,941.2) 制，表现为射钉粗化，组织与铸坯不同，形成图1 400 中的(b)区：在液相区，先是射钉使部分液相凝 0 10 20 30 40 固，由于液相区对流充分，然后会使射钉几乎完 I/m 全熔化，射钉与铸坯表现为同一组织，形成图1 2000 中的(c)区. 2-1(13.451,1513.8)2-318.134,1510.5)b) 1500 综上所述，本文采用的判断液相线和固相线 2-2(15.803,1512.5) 1000 的标准为：液相线D)一射钉完全熔化区与射 500 钉粗化区的边界（图1中(b)和（©）的边界)；固相线 D)一射钉形状没有变化的区域与射钉粗化区 0 0 10 20 30 % 的边界（图1中(a)和(b)的边界）. 1/m 由于硫的熔点比较低，熔化后容易在液相中 图3射钉处表面温度T(a)和铸还中心温度T(b)分布 扩散，通过测定硫印图中硫明显扩散的位置，可 Fig.3 Distribution of the surface temperature T and 以确定铸坯中存在液相的位置.且射钉加工有两 slab's center temperature T:in the place of pin shooting 道含硫的沟槽，用疏印的方法比较方便，图2为 温度.由图中可以看出在三个射钉位置中心温度 硫印结果， 依次降低而表面温度变化不大，数学模型计算结 果和射钉实测法计算结果的对比情形见图4. 此次实验中，用射钉实测法计算出的液相 穴长度为17.548m,而用数学模型法计算出的液 相穴长度为18.034m.两个方法推算出的凝固终 点的位置都在第七扇形段上. 120 射钉实测结果 图2硫印结果 80 Fig.2 Result of sulphur printing 数学模型计算结果 由测定结果可知，疏印法测定的位置与金相 法所测得的D相当，即硫明显扩散的位置与图1 10 20 30 40 中(a)和(c)的边界相对应 11m 表3为16Mn钢在拉速为1.15m/min时的实 图4数学模型与射钉实测的结果对比 验坯壳厚度测量结果和根据综合凝固系数K和 Fig.4 Comparison between the calculating result of the 液相穴长度L计算方法计算所得结果. mathematical model and the measuring result of pin sho- oting 表3不同实验条件下的计算结果 Table 3 Results under different conditions 编号扇形段llmy()D/mmK(mm.min)Lm 4结论 2-15-613.45188.283 24.26 17.548 运用射钉实测法测量了铸坯凝固末端的凝 2-26-715.80687.395 25.60 17.548 2-37-818.13289.0100 25.75 17.548 固坯壳厚度，并开发了数学模型，将实测结果与 注：Y是射钉中心线所在平面与铸坯内弧表面的夹角 模型结果作了对比.结果表明： (1)射钉实测法所测量的结果与数学模型法 3结果分析及讨论 的结果基本一致，在生产过程的实际验证中表 明，该结果完全符合生产实际 数学模型计算的表面温度分布和中心温度 (2)射钉法测量凝固坯壳厚度简单可靠，适 分布如图3所示，图中同时标出了射钉位置处的

￾￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾ 栗 伟等 ￾ 连铸坯 液相 穴长度 的测 定研究 ￾ ￾￾￾ ￾ ￾一 ￾￾￾￾ ￾ ￾￾七￾￾￾￾ ￾书 ￾￾￾ ￾ ￾￾￾ ， ￾￾￾ ￾ ￾￾ 趁 从 ￾一 ￾￾￾ ￾ ￾￾￾ ， ￾￾￾ ￾ ￾￾ ￾︹︶ ￾￾︺ ￾￾︸ ￾￾ ￾￾ ￾￾ 冬￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾ ， ￾￾￾ ￾ ￾￾ ￾刁 ￾￾￾ ￾ ￾￾￾ ， ￾￾￾￾ ￾ ￾￾ ￾￾ ￾一 ￾￾￾ ￾ ￾￾￾ ， ￾￾￾￾ ￾ ￾￾ ￾︸￾ ︸， ￾￾，￾ ￾￾￾︶￾气﹃￾￾￾￾﹁ 日￾︵ 、尸时 形 状 几 乎 不 会 发 生 变 化 ， 即 图 ￾中 的 ￾ 区 ￾ 在 固 液 两 相 区 ， 满足 了射 钉熔 化 的条件 ， 但 由于 液 相 对 流 收 到 限制 ， 射 钉 与基 体 的 界 面 移 动 受 到 限 制 ， 表 现 为射 钉 粗 化 ， 组 织 与铸坯 不 同 ， 形 成 图 ￾ 中 的 伪￾区 ￾ 在 液 相 区 ， 先 是 射 钉 使 部 分 液相 凝 固 ， 由于 液 相 区对 流 充 分 ， 然 后 会 使射 钉 几 乎完 全熔化 ， 射钉 与铸 坯 表 现 为 同一 组 织 ， 形 成 图 ￾ 中 的￾￾区 ￾ 综 上 所述 ， 本 文 采 用 的判 断液 相 线和 固相 线 的标 准 为 ￾ 液 相 线 ￾￾ ￾￾— 射 钉 完 全熔 化 区 与射 钉 粗 化 区 的边 界￾图 ￾中伪￾和 ￾ 的边 界 ￾ ￾ 固相 线 ￾￾ ￾￾— 射钉 形 状 没 有变 化 的区域 与射钉 粗 化 区 的边 界 ￾图 ￾中￾￾和 ￾￾的边 界 ￾ ￾ 由于硫 的熔 点 比较低 ， 熔化 后 容 易在 液相 中 扩 散 ， 通 过 测 定硫 印 图 中硫 明显 扩 散 的位 置 ， 可 以确定铸 坯 中存在液 相 的位 置 ￾ 且射钉 加 工 有两 道 含硫 的沟 槽 ， 用 硫 印 的方 法 比较 方 便 ， 图 ￾为 硫 印结 果 ￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ 图 ￾ 射钉处表面 温 度兀￾￾和 铸坯 中心 温度 ￾￾￾￾分 布 ￾￾￾ ￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾恤￾ ￾￾由 ￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ 兀 ￾￾￾ ￾￾￾￾ ，￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾ 温度 ￾ 由图 中可 以看 出在 三 个射 钉位 置 中心 温度 依 次 降低 而 表面温度变 化 不 大 ￾ 数 学 模 型计算 结 果 和 射 钉 实测 法 计 算 结 果 的对 比情形 见 图 ￾ ￾ 此 次实验 中 ， 用 射 钉 实测 法 计 算 出 的液相 穴 长 度 为 ￾￾￾￾ ￾ ， 而 用 数 学模 型 法 计 算 出 的液 相 穴 长度 为 ￾ ￾ ￾￾ ￾ ￾ 两 个 方 法 推 算 出 的凝 固终 点 的位 置 都 在 第 七扇 形 段 上 ￾ 射钉实测结果 图 ￾硫 印结 果 之￾日口 ￾馆 ￾￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ 由测 定 结 果 可 知 ， 硫 印法 测 定 的位 置 与金 相 法所 测 得 的￾ ￾ 相 当 ， 即硫 明显 扩 散 的位 置 与 图 ￾ 中￾ 和 ￾ 的边 界 相 对 应 ￾ 表 ￾为 ￾￾￾￾￾ 钢 在 拉 速 为 ￾ ￾ 巧 ￾订￾￾ 时 的实 验 坯 壳 厚 度 测 量 结 果 和 根 据 综 合 凝 固系 数￾和 液相 穴 长 度￾计 算 方 法 计 算 所 得 结 果 ￾ 表 ￾ 不 同 实验 条件下 的 计 算 结果 ￾知￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾幻￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ 编 号 扇 形 段 ，￾ ，￾￾￾ ￾ ￾￾ · ￾￾￾一 勺 ￾ 数学模型计算结果 ￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾ 图 ￾ 数学模型 与射钉 实测 的结果 对 比 ￾￾ ￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾伽￾￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾· ￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾ ￾￾￾ ￾￾ ￾ ￾￾￾ ￾￾ ￾ ￾￾￾ ￾￾ ￾ ￾￾ ￾￾ ￾ ￾￾ ￾￾ ￾ ￾￾ ￾￾ ￾ ￾￾￾ ￾￾ ￾ ￾￾￾ ￾￾ ￾ ￾￾￾ ￾ 结 论 运 用 射 钉 实 测 法 测 量 了铸 坯 凝 固末 端 的凝 固坯 壳厚 度 ， 并开 发 了数 学模 型 ， 将 实测 结 果 与 模 型 结 果 作 了对 比 ￾ 结 果 表 明 ￾ ￾ 射 钉 实 测 法 所 测 量 的结 果 与 数 学模 型 法 的结 果 基 本 一 致 ， 在 生 产 过 程 的实 际验 证 中表 明 ， 该 结果 完全 符 合 生 产 实 际 ￾ ￾￾ 射 钉 法 测 量 凝 固坯 壳 厚 度 简单 可 靠 ， 适 ￾ ￾￾城︸︸一 ￾￾工了 ￾内 ￾￾ ￾ 注 ￾夕是射钉 中心 线所 在平面 与铸 坯 内弧表面 的夹角 ￾ 结 果 分 析 及 讨 论 数 学 模 型 计 算 的 表 面 温 度 分 布 和 中心 温 度 分布如 图 ￾所 示 ， 图 中 同 时标 出 了射 钉 位 置 处 的

·318 北京科技大学学报 2003年第4期 用性强.其测定结果为生产实际及数学模型的建2樊俊飞，吕朝阳.连铸坯凝固终点测定门.宝钢技 立提供了重要的依据. 术，1997(1)：1 (3)数学模型法可以从整体上反映在整个扇 3蔡开科.连续俦钢M.北京：冶金工业出版社，1996 形段上铸坯的冷却情况，但由于数学模型本身的 4干勇，仇圣桃，萧泽强.连续铸钢过程数学物理模型 [M.北京：冶金工业出版社，2001 局限性，往往需要实测法进行补充和验证.本实 5 Kivela E,Konttinen J,Rautaruukki O.Dynamic secondary 验中射钉法和数学模型法相结合取得了很好的 cooling model for continuous casting[A].Steel Making 效果，达到了预期的目的. Conference Proceedings [C].America,1995.341 6 Sorimachi K,Brimacombe J K.Improvements in mathe- 参考文献 matical modeling of stresses in continuous casting of steel 1卢盛意.连续坯质量[M0.北京：治金工业出版社， [J].Ironmaking Steelmaking,1987(4):240 1994 Measurement of Liquid Core Length of Continuously Cast Slabs LI Wei,ZHU Guosen,WANG Wanjun,WANG Xinhua Metallurgical Engineering School,University of Sience and Technology Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT The pin shooting and the heat transfer model were used to measure the liquid core length of conti- nuously cast slabs.The results show that these two methods accord with each other very well.It is concluded that the pin shooting is an effective way and worthy of being recommended for its accuracy and low cost. KEY WORDS thickness of solidified shell;liquid core length;pin shooting;continuous casting

一 ￾￾￾ ￾ 北 京 科 技 大 学 学 报 ￾￾￾年 第 ￾期 用性 强 ￾ 其测 定 结果 为生产 实 际及 数 学模 型 的建 立 提 供 了重 要 的依 据 ￾ ￾￾数 学模 型 法 可 以从 整 体 上 反 映在整 个 扇 形 段 上铸 坯 的冷 却 情 况 ， 但 由于 数 学模 型 本 身 的 局 限性 ， 往 往 需 要 实测 法 进 行 补 充 和 验 证 ￾ 本 实 验 中射 钉 法 和 数 学 模 型 法 相 结 合 取 得 了 很 好 的 效 果 ， 达 到 了预 期 的 目的 ￾ 参 考 文 献 卢盛 意 ￾ 连续坯质 量 【明 ￾ 北 京 ￾ 冶 金工 业 出版社 ， ￾￾￾ ￾ 樊 俊 飞 ， 吕朝 阳 ￾ 连铸坯凝 固终点测 定 【刀 ￾ 宝 钢 技 术 ， ￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾ 蔡开 科 ￾ 连续铸钢 ￾￾￾ ￾ 北 京 ￾ 冶金工业 出版社 ， ￾￾ ￾ 干 勇 ， 仇圣桃 ， 萧泽 强 ￾ 连续铸钢 过程数学物理模型 【￾￾ ￾ 北 京 ￾ 冶 金 工 业 出版社 ， ￾￾ ￾ 瓦 ￾￾￾￾ ￾ ， ￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾ ， ￾公￾￾￾公山￾￾ ￾ 伪 ￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾叮 ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾氏 ￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾ ￾￾ ￾ ， ￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾工￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ， ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾ 聆￾，￾万￾ ￾“￾￾ ， 环月万￾ 肠￾’ ￾， 环月刃￾ ￾￾加 “ ￾￾￾￾】￾名￾￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ， ￾￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ， ￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾ ， ￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾ ￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾旧￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾ ￾ ￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾ ￾ ￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾ ￾￾ ￾￾ ￾ ￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾ ￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾ ￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾￾￾￾ ￾￾ ￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾￾ ￾￾￾￾￾