《工程科学学报》录用稿，htps:/doi.org/10.13374/i,issn2095-9389.2021.12.01.002©北京科技大学2020 高速连铸结晶器内凝固传热行为及其均匀性控制 摘要高速连铸是发展新一代高效连铸的主题，对钢铁制造流程的高效与绿色化发展具有重要意义。目前我 国板坯的实际工作拉速基本在1.8mmin以下，包晶钢拉速大都1.2~1.4mmin'。拉速提升，影响结晶器 内凝固传热的不利因素更加凸显，不仅通过结晶器的热通量增加，而且保护渣的消耗量降低，使结晶器铜 壁与凝固坯壳之间的润滑变差、摩擦力上升，坯壳厚度变薄而更加不均匀，承受各种应力应变的能力下降， 从而频发漏钢和裂纹，严重影响生产顺行，解决高拉速条件下结晶器内坯壳凝固的均匀性问题成为实现高 速连铸的关键。本文从分析高拉速包晶钢板坯连铸结晶器内凝固传热行为特征入手，首先阐明拉速对结晶 器内的界面热阻、凝固坯壳的温度与应力分布的影响规律，研究发现拉速超过1.6mmn时，界面热阻明 显增加，拉速由1.4mmin提升至1.6mmin和1.8mmin时，出结晶器坯壳厚度相应减少约10%，其厚 度变得越来越不安全：在此基础上，阐述了结晶器的内腔结构、保护渣、振动与液面接制等控制结晶器内 坯壳凝固均匀性相关技术。首要应考虑优化结晶器内腔结构使其能更好迎合凝固坯亮华 研制适合包 晶钢凝固特点的连铸保护渣至关重要，控制铸坯鼓肚是保障高拉速液面稳定的 关键词高速连铸：均匀凝固：高效传热结晶器 分类号 Heat transfer behavior and homogenous solidification control for high-speed continuous casting slab mold ABSTRACT High-speed continuous casting is the theme for developing new generation of high-efficiency continuous casting technology and the most important to develop high- efficiency and green steelmaking production line.Presently,the actual casting speed for slab in China is no more than 1.8 m-minand it is in the range of 1.2-1.4 m-min for continuous casting of peritectic steel.With increasing casting speed,the negative factors affecting the solidification in continuous casting mold show more obvious,and the lubrication between mold copper plate and solidifying shell becomes worse and the fiction force increases due to the increase of heat flux and decrease of mold flux consumption, therefore the thickness of solidifying shell becomes thin and nonuniform,and its capability for resisting the all kinds of stress and strain during casting decreases,thus the occurrence of breakout and cracks with high frequency has a great influence on the production.To ensure homogenous growth,the technical issue of high-speed casting and the key for making it come true.should be solved.In this paper,the behavior of heat transfer and solidification in slab mold with high-speed casting for peritectic steel was analyzed.The effect of casting speed on the interfacial heat transfer resistance and the distribution of temperature and stress for solidifying shell in mold was investigated and it showed that the interfacial heat resistance increased obviously as the casting speed was over 1.6 m'min. Thickness of solidified shell at the exit of mold was reduced by about 10%,which became more unsafe,as the casting speed increased from 1.4 m.min to 1.6 mmin and 1.8 m.min respectively.The relative technologies such as the shape,flux,oscillation and surface fluctuation for mold with homogenous solidification were presented and discussed.For the uniformity control of peritectic steel solidification in high-speed continuous casting mold, the optimization of mold inner cavity fitting for the growth of solidifying shell should be considered firstly,and the design of mold flux adjusting to the solidification characteristics of peritectic steel is of importance,moreover,the control of strand bulging is the key for the stabilization of mold surface. KEY WRODS high-speed continuous casting;homogenous solidification;continuous casting mold with high-efficiency heat transfer
高速连铸结晶器内凝固传热行为及其均匀性控制 摘 要 高速连铸是发展新一代高效连铸的主题，对钢铁制造流程的高效与绿色化发展具有重要意义。目前我 国板坯的实际工作拉速基本在 1.8 m·min-1以下，包晶钢拉速大都 1.2~1.4 m·min-1。拉速提升，影响结晶器 内凝固传热的不利因素更加凸显，不仅通过结晶器的热通量增加，而且保护渣的消耗量降低，使结晶器铜 壁与凝固坯壳之间的润滑变差、摩擦力上升，坯壳厚度变薄而更加不均匀，承受各种应力应变的能力下降， 从而频发漏钢和裂纹，严重影响生产顺行，解决高拉速条件下结晶器内坯壳凝固的均匀性问题成为实现高 速连铸的关键。本文从分析高拉速包晶钢板坯连铸结晶器内凝固传热行为特征入手，首先阐明拉速对结晶 器内的界面热阻、凝固坯壳的温度与应力分布的影响规律，研究发现拉速超过 1.6 m·min-1时，界面热阻明 显增加，拉速由 1.4 m·min-1提升至 1.6 m·min-1和 1.8m·min-1时，出结晶器坯壳厚度相应减少约 10%，其厚 度变得越来越不安全；在此基础上，阐述了结晶器的内腔结构、保护渣、振动与液面控制等控制结晶器内 坯壳凝固均匀性相关技术。首要应考虑优化结晶器内腔结构使其能更好迎合凝固坯壳的生长，研制适合包 晶钢凝固特点的连铸保护渣至关重要，控制铸坯鼓肚是保障高拉速液面稳定的关键。 关键词 高速连铸；均匀凝固；高效传热结晶器 分类号 Heat transfer behavior and homogenous solidification control for high-speed continuous casting slab mold ABSTRACT High-speed continuous casting is the theme for developing new generation of high-efficiency continuous casting technology and the most important to develop highefficiency and green steelmaking production line. Presently, the actual casting speed for slab in China is no more than 1.8 m·min-1 and it is in the range of 1.2~1.4 m·min-1 for continuous casting of peritectic steel. With increasing casting speed, the negative factors affecting the solidification in continuous casting mold show more obvious, and the lubrication between mold copper plate and solidifying shell becomes worse and the fiction force increases due to the increase of heat flux and decrease of mold flux consumption, therefore the thickness of solidifying shell becomes thin and nonuniform, and its capability for resisting the all kinds of stress and strain during casting decreases, thus the occurrence of breakout and cracks with high frequency has a great influence on the production. To ensure homogenous growth, the technical issue of high-speed casting and the key for making it come true, should be solved. In this paper, the behavior of heat transfer and solidification in slab mold with high-speed casting for peritectic steel was analyzed. The effect of casting speed on the interfacial heat transfer resistance and the distribution of temperature and stress for solidifying shell in mold was investigated and it showed that the interfacial heat resistance increased obviously as the casting speed was over 1.6 m·min-1 . Thickness of solidified shell at the exit of mold was reduced by about 10%, which became more unsafe, as the casting speed increased from 1.4 m·min-1 to 1.6 m·min-1 and 1.8 m·min-1 respectively. The relative technologies such as the shape, flux, oscillation and surface fluctuation for mold with homogenous solidification were presented and discussed. For the uniformity control of peritectic steel solidification in high-speed continuous casting mold, the optimization of mold inner cavity fitting for the growth of solidifying shell should be considered firstly, and the design of mold flux adjusting to the solidification characteristics of peritectic steel is of importance, moreover, the control of strand bulging is the key for the stabilization of mold surface. KEY WRODS high-speed continuous casting; homogenous solidification; continuous casting mold with high-efficiency heat transfer 《工程科学学报》录用稿，https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.12.01.002 ©北京科技大学 2020 录用稿件，非最终出版稿
钢铁行业绿色发展的一个新起点是超低排放，以高拉速为主题的高效连铸是实现连铸 连轧的前提，体现了钢铁生产流程的高效、绿色化发展方向叫。与冷装轧制工艺相比，直轧 工艺的能耗可降低80%、生产周期可缩短97%。当前我国连铸整体水平与国际先进水平相比 还存在差距，特别是在高速连铸方面。日本EF福山厂5和6号板坯连铸机生产的低碳和 超低碳钢拉速均达到2.5mmin',最高拉速可达到3.0mmin1l:韩国浦项光阳厂2和3号 板坯连铸机低碳铝镇静钢拉速为2.7m~min、超低碳铝镇静钢拉速为2.5m~minl。然而， 目前我国板坯的工作拉速大都在1.4~1.6mmin1,只有首钢曹妃甸板坯连铸机稳定拉速为 2.05mmin、最高达到2.5mmin2,。包晶钢属于中碳钢系列，其成分范围包括高强低合金 钢以及先进高强钢等，但由于此类钢凝固过程发生包品反应(L+6·Y)伴随包晶相变 (δ一Y)而引发最大的坯壳线收缩和结晶器与凝固坯壳之间最大的气隙形成、非均匀凝 固加剧6，从而使连铸过程中热通量下降、凝固坯壳局部的热点和减薄，导致铸坯表面凹陷、 裂纹和漏钢口。包晶钢已成为难度最大的连铸钢种之一，目前，日本企碳纲的最高拉速 为2.0mmin),韩国企业的最高拉速为1.8mmin,而我国包晶钢的拉速基本在 1.2~l4mmin。为适应行业绿色低碳发展要求和增强自身竞争丸肖企业普遍关注和正 在着力发展高拉速连铸技术。随着拉速的提升，连铸过程面临卷渣夹渣、裂纹、偏析、漏钢 等诸多问题，其中裂纹和漏钢频发，严重影响顺行，成为最大挑战。因此，高拉速条件下 如何解决尤其是包晶钢连铸结晶器内凝固坯壳的均匀性问题，是实现高速连铸的关键。本 文以铸坯断面226mm×1289mm的某高强船板钢（主要化学成分C0.15%、Si0.25%、Mn 1.50%、P0.015%、S0.008%:浇铸温度1541C) 为对象 阐述分析高拉速条件下包晶钢板 坯连铸结晶器内的凝固传热行为特征，以及实现凝固坯壳均匀生长的内腔结构、保护渣、振 动和液面控制等结晶器高效传热技术。 1高速连铸结晶器凝因传热特物 已有的研究及实践均表明，拉速提升各种还型和钢种的连铸结晶器内热通量均增加， 只是增加的程度不同而异⑧，叨。Kanazawa等研究表明图，中碳钢的拉速要明显低于低碳钢， 其临界热通量为2MWm2,而低碳钢的则为3MWm2。究其原因就是包晶钢在凝固过程发 生包晶反应和6→Y相变的殊性所决定，其中相变体积收缩可达2.5%~3.0%m。图1是碳 含量0.15%的包晶钢在不同拉速下结晶器窄面中心热通量沿高度方向的分布，可以看出， 拉速提高，热通量增加但由天在结晶器内钢液的凝固时间和保护渣的消耗量降低，坯壳 与结晶器铜壁间的润滑变得越来越差，导致出结晶器坯壳厚度减薄。如图2所示，拉速由 1.4mmin提升全1.6mmin和1.8mmin时，可以发现出结晶器坯壳厚度相应减少约 10%,其厚度变得越来越不安全，承受各种应力应变的能力变得越来越弱，而且不稳定的 鼓肚加剧并引发结晶器液面的大幅波动，不仅导致液面卷渣，而且严重影响保护渣渣道内 的润滑和，固均匀性，发生漏钢、裂纹等风险几率不断加大。因此，揭示掌握包晶钢连铸时 拉速对结晶器内坯壳凝固传热和应力的影响规律，对于高速连铸工艺技术的开发具有重要 意义
钢铁行业绿色发展的一个新起点是超低排放，以高拉速为主题的高效连铸是实现连铸 连轧的前提，体现了钢铁生产流程的高效、绿色化发展方向[1]。与冷装轧制工艺相比，直轧 工艺的能耗可降低 80%、生产周期可缩短 97%。当前我国连铸整体水平与国际先进水平相比 还存在差距，特别是在高速连铸方面[2]。日本 JEF 福山厂 5 和 6 号板坯连铸机生产的低碳和 超低碳钢拉速均达到 2.5 m·min-1，最高拉速可达到 3.0 m·min-1 [3]；韩国浦项光阳厂 2 和 3 号 板坯连铸机低碳铝镇静钢拉速为 2.7 m·min-1、超低碳铝镇静钢拉速为 2.5 m·min-1 [4]。然而， 目前我国板坯的工作拉速大都在 1.4 ~1.6 m·min-1，只有首钢曹妃甸板坯连铸机稳定拉速为 2.05 m·min-1、最高达到 2.5 m·min-1 [2,5]。包晶钢属于中碳钢系列，其成分范围包括高强低合金 钢以及先进高强钢等，但由于此类钢凝固过程发生包晶反应（L+δ→γ）伴随包晶相变 （δ→γ）而引发最大的坯壳线收缩和结晶器与凝固坯壳之间最大的气隙形成、非均匀凝 固加剧[6]，从而使连铸过程中热通量下降、凝固坯壳局部的热点和减薄，导致铸坯表面凹陷、 裂纹和漏钢[7]。包晶钢已成为难度最大的连铸钢种之一，目前，日本企业中碳钢的最高拉速 为 2.0 m·min-1 [3]，韩国企业的最高拉速为 1.8 m·min-1 [4]，而我国包晶钢的拉速基本在 1.2~1.4 m·min-1。为适应行业绿色低碳发展要求和增强自身竞争力，当前企业普遍关注和正 在着力发展高拉速连铸技术。随着拉速的提升，连铸过程面临卷渣、夹渣、裂纹、偏析、漏钢 等诸多问题，其中裂纹和漏钢频发，严重影响顺行，成为最大挑战。因此，高拉速条件下 如何解决尤其是包晶钢连铸结晶器内凝固坯壳的均匀性问题，是实现高速连铸的关键。本 文以铸坯断面 226mm×1289mm 的某高强船板钢（主要化学成分：C 0.15%、Si 0.25%、Mn 1.50%、P 0.015%、S 0.008%；浇铸温度 1541℃）为对象，阐述分析高拉速条件下包晶钢板 坯连铸结晶器内的凝固传热行为特征，以及实现凝固坯壳均匀生长的内腔结构、保护渣、振 动和液面控制等结晶器高效传热技术。 1 高速连铸结晶器凝固传热特征 已有的研究及实践均表明，拉速提升各种坯型和钢种的连铸结晶器内热通量均增加， 只是增加的程度不同而异[8,9]。Kanazawa 等研究表明[8]，中碳钢的拉速要明显低于低碳钢， 其临界热通量为 2 MW·m-2，而低碳钢的则为 3 MW·m-2。究其原因就是包晶钢在凝固过程发 生包晶反应和 δ→γ 相变的特殊性所决定，其中相变体积收缩可达 2.5%~3.0%[7]。图 1 是碳 含量 0.15%的包晶钢在不同拉速下结晶器窄面中心热通量沿高度方向的分布，可以看出， 拉速提高，热通量增加，但由于在结晶器内钢液的凝固时间和保护渣的消耗量降低，坯壳 与结晶器铜壁间的润滑变得越来越差，导致出结晶器坯壳厚度减薄。如图 2 所示，拉速由 1.4 m·min-1 提升至 1.6 m·min-1 和 1.8m·min-1 时，可以发现出结晶器坯壳厚度相应减少约 10%，其厚度变得越来越不安全，承受各种应力应变的能力变得越来越弱，而且不稳定的 鼓肚加剧并引发结晶器液面的大幅波动，不仅导致液面卷渣，而且严重影响保护渣渣道内 的润滑和凝固均匀性，发生漏钢、裂纹等风险几率不断加大。因此，揭示掌握包晶钢连铸时 拉速对结晶器内坯壳凝固传热和应力的影响规律，对于高速连铸工艺技术的开发具有重要 意义。 录用稿件，非最终出版稿
2.1 V=1.4m'min 2.0 一V=l.6mmin 一V=l8mmin 1.8 17 13 0 图1不同拉速包晶钢板坯结晶器窄面中心线上的热流密度分柜 Fig.1 Heat flux distribution at narrow face centerline of slab mold for peritectic steel casting speed 12 一1.4mmin -1.6m'min -1.8m'min' 10 6 4 0 100 200300400 500600 700800 Distance from meniscus/mm 图2拉速对出结晶器坯壳厚度的影响 Fig.2 The effect of casting speed on the thickness of solidified shell at the mold exit 1.1拉速对结晶器界面热阻的影响 结晶器内传热主要铸流对坯壳的对流换热、坯壳内的导热、坯壳与结晶器壁的传热、 结晶器铜壁内的导热以及结晶器壁与冷却水之间的换热，其中坯壳与铜壁间的气隙行为对 整体传热具有决定性影响。图3为不同拉速条件下板坯结晶器角部区域气隙沿高度方向的分 布。可以看出长◆拉速对角部气隙分布影响较为显著，拉速升高，坯壳在结晶器内的凝固时 间和收缩量均减父，气隙厚度整体减小；因在结晶器同一高度位置凝固坯壳厚度减薄且温 度整体提升导致保护渣完全凝固的位置下移，从而使气隙初始形成的位置也随之下移。 结晶器宽面角部气隙的变化主要集中在弯月面下方150mm至结晶器出口，而窄面角部则 主要集中在180480mm的结晶器中上部。拉速由1.4mmin分别提升至1.6mmin和1.8 mmin时，窄面最大气隙厚度下降，分别由0.281mm降至0.178mm和0.l61mm,而在结 晶器下部，因其锥度的补偿作用其气隙厚度很小，变化并不明显
0 100 200 300 400 500 600 700 800 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 Heatflux/MW ·m-2 Distance from meniscus/mm V=1.4m·min-1 V=1.6m·min-1 V=1.8m·min-1 图 1 不同拉速包晶钢板坯结晶器窄面中心线上的热流密度分布 Fig. 1 Heat flux distribution at narrow face centerline of slab mold for peritectic steel under different casting speed 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 2 4 6 8 10 12 Thickness/m m Distance from meniscus/mm 1.4m·min-1 1.6m·min-1 1.8m·min-1 图 2 拉速对出结晶器坯壳厚度的影响 Fig.2 The effect of casting speed on the thickness of solidified shell at the mold exit 1.1 拉速对结晶器界面热阻的影响 结晶器内传热主要是铸流对坯壳的对流换热、坯壳内的导热、坯壳与结晶器壁的传热、 结晶器铜壁内的导热以及结晶器壁与冷却水之间的换热，其中坯壳与铜壁间的气隙行为对 整体传热具有决定性影响。图 3 为不同拉速条件下板坯结晶器角部区域气隙沿高度方向的分 布。可以看出，拉速对角部气隙分布影响较为显著，拉速升高，坯壳在结晶器内的凝固时 间和收缩量均减少，气隙厚度整体减小；因在结晶器同一高度位置凝固坯壳厚度减薄且温 度整体提升，导致保护渣完全凝固的位置下移，从而使气隙初始形成的位置也随之下移。 结晶器宽面角部气隙的变化主要集中在弯月面下方 150 mm 至结晶器出口，而窄面角部则 主要集中在 180~480 mm 的结晶器中上部。拉速由 1.4 m·min-1分别提升至 1.6 m·min-1和 1.8 m·min-1时，窄面最大气隙厚度下降，分别由 0.281 mm 降至 0.178 mm 和 0.161 mm，而在结 晶器下部，因其锥度的补偿作用其气隙厚度很小，变化并不明显。 录用稿件，非最终出版稿
1.2 Wide face corner Narrow face corner 0.5 V=1.4m'min' 1.0 V=1.6mmin 0.4 V=1.8m'min! 0.8 0.3 0.2 0.4 0.1 0.0 0.0 0 100 200 300400500 600 700 800 Distance from meniscus/mm 图3不同拉速下包晶钢板坯结晶器内坯壳角部区域气隙沿结晶器高度方向 分布 Fig.3 The distribution of air gap at corner region along the slab mold length for tic steel under different casting speed 0.9 Corner Off-corner(30mm) Off-corner(30mm (a) V=1.4m'min! 1.4 (b) V=1.4m'min V=1.6m'min V=1.6m.min 0.7 V=1.8mmin' 3 =18m'min ● 06 1.0 0.8 04 03 0.1 100200300400500600 700800 100200300400500600 700800 0 Distance from meniscus/mm Distance from meniscus/mm 图4不同拉速下结晶器内坯壳角部区域保护渣沿高度方向的分布 Fig.4 Distribution of mold flux at shell corner along mold length under different casting speed (a)wide face,(b)narrow face 同时，保护渣对润滑传热具有重要作用，其合理分布对连铸顺行至关重要。图4为结 晶器内坯壳宽面和窄角部及偏离角区域（距离角部30mm处）保护渣沿结晶器高度方向 的分布情况。由图4a)可以看出，拉速由1.4mmin'提升至1.6mmin时对宽面角部保护渣 厚度分布影响则较冰，仅增加了0.022mm,而当拉速由1.6mmin提升至1.8mmin时， 该处渣层停度增加了近5倍，达到0.102mm。究其原因，高拉速时坯壳宽面角部区域的表 面温度较高可较长时间高于保护渣凝固温度，从而使流动性好的液渣得以不断填充：对 于窄面，如图4(b)所示，与宽面有很大的不同，角部和偏离角区域的保护渣随拉速的增加 出现一定幅度下降，这与坯壳温度整体提升、收缩量减小、保护渣填充减小有关。 因此，对于传统平板型结构结晶器而言，包晶钢连铸时结晶器内气隙和保护渣的分布 并不合理，虽然拉速对结晶器内气隙形成的不利影响不显著，但拉速超过1.6mmi'时， 保护渣的分布确有很大的改变，界面热阻明显增加。因此，要突破更高拉速的包晶钢连铸 首先应考虑结晶器内腔结构的优化使其能更好迎合凝固坯壳的生长，其次需要研制适合包 晶钢凝固特点的连铸保护渣，从而实现高拉速条件下包晶钢凝固坯壳在结晶器内的均匀生 长
0 100 200 300 400 500 600 700 800 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Thickness of wide face corner/m m Distance from meniscus/mm Wide face corner V=1.4m·min-1 V=1.6m·min-1 V=1.8m·min-1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Narrow face corner Thickness of narrow face corner/m m 图 3 不同拉速下包晶钢板坯结晶器内坯壳角部区域气隙沿结晶器高度方向的分布 Fig. 3 The distribution of air gap at corner region along the slab mold length for peritectic steel under different casting speed 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Thickness of mold flux/m m Distance from meniscus/mm Corner Off-corner(30mm) V=1.4m·min-1 V=1.6m·min-1 V=1.8m·min-1 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 Thickness of mold flux/m m Distance from meniscus/mm Corner Off-corner(30mm) V=1.4m·min-1 V=1.6m·min-1 V=1.8m·min-1 图 4 不同拉速下结晶器内坯壳角部区域保护渣沿高度方向的分布 Fig. 4 Distribution of mold flux at shell corner along mold length under different casting speed (a) wide face, (b) narrow face 同时，保护渣对润滑与传热具有重要作用，其合理分布对连铸顺行至关重要。图 4 为结 晶器内坯壳宽面和窄面角部及偏离角区域（距离角部 30 mm 处）保护渣沿结晶器高度方向 的分布情况。由图 4(a)可以看出，拉速由 1.4 m·min-1提升至 1.6 m·min-1时对宽面角部保护渣 厚度分布影响则较小，仅增加了 0.022 mm，而当拉速由 1.6 m·min-1提升至 1.8 m·min-1时， 该处渣层厚度增加了近 5 倍，达到 0.102 mm。究其原因，高拉速时坯壳宽面角部区域的表 面温度较高，可较长时间高于保护渣凝固温度，从而使流动性好的液渣得以不断填充；对 于窄面，如图 4(b)所示，与宽面有很大的不同，角部和偏离角区域的保护渣随拉速的增加 出现一定幅度下降，这与坯壳温度整体提升、收缩量减小、保护渣填充减小有关。 因此，对于传统平板型结构结晶器而言，包晶钢连铸时结晶器内气隙和保护渣的分布 并不合理，虽然拉速对结晶器内气隙形成的不利影响不显著，但拉速超过 1.6 m·min-1时， 保护渣的分布确有很大的改变，界面热阻明显增加。因此，要突破更高拉速的包晶钢连铸 首先应考虑结晶器内腔结构的优化使其能更好迎合凝固坯壳的生长，其次需要研制适合包 晶钢凝固特点的连铸保护渣，从而实现高拉速条件下包晶钢凝固坯壳在结晶器内的均匀生 长。 (a) (b) 录用稿件，非最终出版稿
1.2拉速对，坯表面温度的影响 图5为不同拉速下板坯结晶器内凝固坯壳表面温度沿结晶器高度方向的分布情况。拉速 提高，表面温度总体趋于升高。拉速由1.4mmin升至1.6mmin,再升至1.8mmin,出 结晶器的坯壳宽面中心表面温度分别增加了34.9℃与28.1℃，而偏离角的表面温度在弯 月面下0~400mm高度范围内变化较显著，但在结晶器出口附近区域影响不显著（见图 5()):对坯壳窄面中心表面温度的影响与宽面中心的基本相同，而偏离角在结晶器中下 部(400mm~800mm)几乎不受影响（见6(b)。究其原因，在结晶器宽面中下部（如图6 所示)角部气隙生长速度快且持续，并在结晶器出口上方280mm处出现加速生长，最大 厚度出现于结晶器出口为0.8mm,使限制结晶器传热的主要因素由拉速转变为其间所形成 的气隙，而其他区域拉速影响则较为显著，从而引发拉速提高，铸坯角部区域与其他部位 如中间区域的温差加大，增加了凝固的不均匀性。而对于坯壳窄面偏离角区域，其表面温 度对拉速的变化则不敏感，原因是在其下行过程中该区域始终有较厚保护渣会填充（见图 4(b)),从而缓冲了因拉速升高所引起的界面热流变化。 1600a 1600 Centerline Off-corner(30mm) (b) ff-comer(30mm) V=1.4m-min 1500 V=1.6m-min 500 V=1.8m-min 21400 91400 30 1200 1100 1000 100 22ta30efron0cn50shso 700 Distanc from 100 200300400500600700800 Distance from meniscus/mm 图5不同拉速下结晶器内坯壳的表面温度沿高度方向的分布 Fig.5 Distribution of shell surface temperature along the mold length under different casting speed (a)wide face,(b)narrow face 录用稿 04 02 0.1 .n 图6拉速为1.4 m'min!结晶器宽面的气隙分布 Fig.6 The distribution of air gap at the wide face of mold with casting speed of 1.4 m-min 13拉速对铸还应力分布的影响 材料第一强度理论表明第一主应力可较好地反映其受拉伸或挤压作用时的破坏程度， 图7为不同拉速下结晶器出口处坯壳的第一主应力分布。由于1.4、1.6和1.8mmin3个不
1.2 拉速对铸坯表面温度的影响 图 5 为不同拉速下板坯结晶器内凝固坯壳表面温度沿结晶器高度方向的分布情况。拉速 提高，表面温度总体趋于升高。拉速由 1.4 m·min-1升至 1.6 m·min-1，再升至 1.8 m·min-1，出 结晶器的坯壳宽面中心表面温度分别增加了 34.9 ℃与 28.1 ℃，而偏离角的表面温度在弯 月面下 0~400 mm 高度范围内变化较显著，但在结晶器出口附近区域影响不显著（见图 5(a)）；对坯壳窄面中心表面温度的影响与宽面中心的基本相同，而偏离角在结晶器中下 部（400 mm~800 mm）几乎不受影响（见 6(b)）。究其原因，在结晶器宽面中下部（如图 6 所示）角部气隙生长速度快且持续，并在结晶器出口上方 280 mm 处出现加速生长，最大 厚度出现于结晶器出口为 0.8 mm，使限制结晶器传热的主要因素由拉速转变为其间所形成 的气隙，而其他区域拉速影响则较为显著，从而引发拉速提高，铸坯角部区域与其他部位 如中间区域的温差加大，增加了凝固的不均匀性。而对于坯壳窄面偏离角区域，其表面温 度对拉速的变化则不敏感，原因是在其下行过程中该区域始终有较厚保护渣层填充（见图 4(b)），从而缓冲了因拉速升高所引起的界面热流变化。 0 100 200 300 400 500 600 700 800 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 Temperature/℃ Distance from meniscus/mm Centerline Off-corner(30mm) V=1.4m·min-1 V=1.6m·min-1 V=1.8m·min-1 0 100 200 300 400 500 600 700 800 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 Temperature/℃ Distance from meniscus/mm Centerline Off-corner(30mm) V=1.4m·min-1 V=1.6m·min-1 V=1.8m·min-1 图 5 不同拉速下结晶器内坯壳的表面温度沿高度方向的分布 Fig.5 Distribution of shell surface temperature along the mold length under different casting speed (a) wide face, (b) narrow face 图 6 拉速为 1.4 m·min-1结晶器宽面的气隙分布 Fig.6 The distribution of air gap at the wide face of mold with casting speed of 1.4 m·min-1 1.3 拉速对铸坯应力分布的影响 材料第一强度理论表明第一主应力可较好地反映其受拉伸或挤压作用时的破坏程度， 图 7 为不同拉速下结晶器出口处坯壳的第一主应力分布。由于 1.4 、1.6 和 1.8 m·min-1 3 个不 (a) (b) 录用稿件，非最终出版稿