LCAK钢连铸头坯亚表层hook结构特征

D0L:10.13374f.issn1001-053x.2011.11.018 第33卷第11期 北京科技大学学报 Vol.33 No.11 2011年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Now.2011 LCAK钢连铸头坯亚表层hook结构特征 杨 文)回许志刚) 薛勇强》曹晶”王新华) 王万军) 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)首钢京唐钢铁联合有限责任公司制造部，唐山063200 ☒通信作者，E-mail:yangwen-flying@163.com 摘要对LCAK钢头坯亚表层hook结构的特征进行了研究.结果显示：hook各特征之间存在着显著的相关性，比如随着 hook倾角的增加，hook的长度、深度和厚度等也都呈现增大趋势：随着振痕深度增加、拉速减小，hook各特征也都呈现出增加 的趋势：hook的长度、深度和厚度等随着浇铸长度的增加而减小，在浇铸7.9m后hook各特征基本不变，这与结晶器热流呈现 出相反的关系，热流越大，hook越短.最后提出了一种hook的形成机理，认为弯月面凝固发生于正滑脱后期和负滑脱前期两 个阶段，此机理能够解释实验中观察到的hook起始点偏离振痕波谷的现象，并对hook的影响因素进行了讨论. 关键词连铸：铸坯：本征缺陷：结构特征：形成机理 分类号T℉777.1 Structure characteristic of subsurface hooks in continuous cast LCAK steel head slabs YANG Wen'》,XU Zhi--gang',XUE Yong-qiang,CAO Jing”,WANG Xin--hua”,WANG Wan-jun” 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Seience and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Manufacturing Department of Shougang Jingtang United Iron Steel Co.Lid.,Tangshan 063200,China Corresponding author,E-mail:yangwen-lying@163.com ABSTRACT The characteristics of subsurface hooks in continuous cast LCAK steel head slabs were investigated.The results show that the hook characteristics have significant correlations with each other,e.g.the mean hook length,thickness and depth increase with the rise of hook angle.The hook characteristics increase when the oscillation mark depth increases and the casting speed decrea- ses.With the increase of casting length,the mean hook length,depth and thickness decrease,and when the casting length exceeds 7.9m the hook characteristics remain stable.However the mold heat extraction has a reverse trend,thus with the increase of heat ex- traction the hooks become shorter.Finally a hook formation mechanism was proposed.It is suggested that meniscus freezing occurred during two stages,the late stage of the positive strip period and the earlier stage of the negative strip period.The mechanism could ex- plain the phenomena that the hook root deviates from the valley of the oscillation mark,and then the main factors affecting hook charac- teristics were discussed. KEY WORDS continuous casting:casting slabs:intrinsic defects:structure characteristic:formation mechanism 振痕是现代连铸坯的本征缺陷，主要有两种基 成长条和气泡缺陷P-;另一方面，在hook处晶粒 本形态：凹陷状振痕和钩状振痕口.其中钩状振痕 比较粗大，且在hook附近存在由于Al、Mn、N和P 由于具有常出现于低碳钢尤其是超低碳钢铸坯皮下 等元素微观正偏析而产生的脆性析出物，在应力作 的钩状结构（即hook结构），其对连铸坯表面质量 用下hook根部处易成为微裂纹的发生源B-日 乃至最终轧板的质量有很大危害.一方面由于hook 为减小其危害，国内外研究者对hook结构进行 结构一般都更深入钢液，结晶器卷入的保护渣、夹杂 了广泛的研究.hook结构的生成机理主要可以总结 物以及气泡在上浮的过程中更容易碰到hook组织 为以下两种：①基于初始凝固坯壳的弯曲和钢液溢 而被捕捉成为表面夹杂或气孔，并最终在轧制后形 流的机理，初始凝固坯壳顶端被渣道压力等压得 收稿日期：2010-1005 基金项目：“十一五”国家科技支撑计划资助项目(2006BAE03A13)

第 33 卷 第 11 期 2011 年 11 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 No． 11 Nov． 2011 LCAK 钢连铸头坯亚表层 hook 结构特征 杨 文1) 许志刚1) 薛勇强2) 曹 晶1) 王新华1) 王万军1) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 2) 首钢京唐钢铁联合有限责任公司制造部，唐山 063200 通信作者，E-mail: yangwen-flying@ 163． com 摘 要 对 LCAK 钢头坯亚表层 hook 结构的特征进行了研究． 结果显示: hook 各特征之间存在着显著的相关性，比如随着 hook 倾角的增加，hook 的长度、深度和厚度等也都呈现增大趋势; 随着振痕深度增加、拉速减小，hook 各特征也都呈现出增加 的趋势; hook 的长度、深度和厚度等随着浇铸长度的增加而减小，在浇铸 7. 9 m 后 hook 各特征基本不变，这与结晶器热流呈现 出相反的关系，热流越大，hook 越短． 最后提出了一种 hook 的形成机理，认为弯月面凝固发生于正滑脱后期和负滑脱前期两 个阶段，此机理能够解释实验中观察到的 hook 起始点偏离振痕波谷的现象，并对 hook 的影响因素进行了讨论． 关键词 连铸; 铸坯; 本征缺陷; 结构特征; 形成机理 分类号 TF777. 1 Structure characteristic of subsurface hooks in continuous cast LCAK steel head slabs YANG Wen1) ，XU Zhi-gang1) ，XUE Yong-qiang2) ，CAO Jing1) ，WANG Xin-hua1) ，WANG Wan-jun1) 1) School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Manufacturing Department of Shougang Jingtang United Iron ＆ Steel Co． Ltd． ，Tangshan 063200，China Corresponding author，E-mail: yangwen-flying@ 163． com ABSTRACT The characteristics of subsurface hooks in continuous cast LCAK steel head slabs were investigated． The results show that the hook characteristics have significant correlations with each other，e． g． the mean hook length，thickness and depth increase with the rise of hook angle． The hook characteristics increase when the oscillation mark depth increases and the casting speed decrea￾ses． With the increase of casting length，the mean hook length，depth and thickness decrease，and when the casting length exceeds 7. 9 m the hook characteristics remain stable． However the mold heat extraction has a reverse trend，thus with the increase of heat ex￾traction the hooks become shorter． Finally a hook formation mechanism was proposed． It is suggested that meniscus freezing occurred during two stages，the late stage of the positive strip period and the earlier stage of the negative strip period． The mechanism could ex￾plain the phenomena that the hook root deviates from the valley of the oscillation mark，and then the main factors affecting hook charac￾teristics were discussed． KEY WORDS continuous casting; casting slabs; intrinsic defects; structure characteristic; formation mechanism 收稿日期: 2010--10--05 基金项目:“十一五”国家科技支撑计划资助项目( 2006BAE03A13) 振痕是现代连铸坯的本征缺陷，主要有两种基 本形态: 凹陷状振痕和钩状振痕［1］． 其中钩状振痕 由于具有常出现于低碳钢尤其是超低碳钢铸坯皮下 的钩状结构( 即 hook 结构) ，其对连铸坯表面质量 乃至最终轧板的质量有很大危害． 一方面由于 hook 结构一般都更深入钢液，结晶器卷入的保护渣、夹杂 物以及气泡在上浮的过程中更容易碰到 hook 组织 而被捕捉成为表面夹杂或气孔，并最终在轧制后形 成长条和气泡缺陷［2--4］; 另一方面，在 hook 处晶粒 比较粗大，且在 hook 附近存在由于 Al、Mn、N 和 P 等元素微观正偏析而产生的脆性析出物，在应力作 用下 hook 根部处易成为微裂纹的发生源［5--6］． 为减小其危害，国内外研究者对 hook 结构进行 了广泛的研究． hook 结构的生成机理主要可以总结 为以下两种: ①基于初始凝固坯壳的弯曲和钢液溢 流的机理［7］，初始凝固坯壳顶端被渣道压力等压得 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.11.018

·1342· 北京科技大学学报 第33卷 变形，并背离结晶器表面弯曲，接下来的钢液在弯曲 研究不多.因此本文以此出发对LCAK钢头坯皮下 坯壳表面的溢流形成了一个hook:②基于弯月面凝 hook结构特征进行研究. 固和钢液溢流的机理-，首先弯曲的弯月面凝固， 1研究方法 接下来钢液在凝固了的弯月面上的溢流形成hook, 这种机理目前的认同度比较高.在低碳钢尤其是超 1.1浇铸参数 低碳钢中更易于形成hook结构，这主要是异于凝固 研究对象为低碳铝镇静钢连铸开浇头坯，实验 温度和糊状区厚度，超低碳钢凝固温度高、糊状区 钢种成分如表1所示，连铸结晶器规格为1300mm× 窄，造成其hook组织深 230mm,采用非正弦振动，使用标准双孔浸入式水 随着技术的进步，用户对低碳冷轧钢板表面质 口，滑板控流并吹氩保护.实验炉次正常拉速为1.0 量的要求也越来越高，这就要求铸坯中引起冷轧钢 mmin-.开浇起始拉速为0.4m·min,但由于开 板表面长条缺陷的大型夹杂物数量越少.然而，连 浇头坯下线前己切头0.9m,所以取样头坯只包含 铸开浇阶段由于浇铸状态的不稳定，很容易造成结 0.8mmin-l、0.85mmin-1、0.9mmin-及1.0m· 晶器卷渣等，并由此造成头坯表层大型夹杂物数量 min-'四个拉速.实验炉次的具体浇铸条件如表2 急剧增大，头坯洁净度已经成为各钢厂急需解决的 所示，同时表3给出了所用保护渣的成分和性能 问题.铸坯表层大型夹杂物的数量除了与结晶器卷 表1实验所用低碳铝镇静钢成分（质量分数） 渣有关外，还与易对夹杂物进行捕捉的hook结构密 Table 1 Composition of LCAK steel for test % 切相关，而以往的研究主要集中于超低碳钢正常浇 Si Mn P Al 铸条件下的hook结构特征及形成机理，对普通低碳 0.04 0.02 0.18 0.010 0.004 0.023 铝镇静钢(LCAK)开浇阶段头坯中hook特征的相关 表2实验炉次的具体浇铸条件 Table 2 Detailed casting conditions of test heats 拉速 结品器窄面 中包温度/ 液相线 结品器振动参数** 冷却水流量/ 振动频率/ (m*min-1) ℃ 温度”/℃ 振幅/ 负滑脱时间/ 负滑脱时间 (L.min-1) mm (周min) 5 占周期比/% 0.8 1577 540 1531.3 5.7 113 0.16 31 0.85 1577 540 1531.2 5.7 113 0.16 31 0.9 1577 540 1531.2 5.7 125 0.14 30 1.0 1570 540 1531.2 6 137 0.13 30 注：*T因=1536-{78cc+7.6ms+4.9心n+34.40p+33s+4.7cQ+3.10w+1.300+3.61c:*★不对称振动曲线，速度向上的 时间/一个周期=60% 表3实验所用保护渣的成分及性能 Table 3 Composition and properties of mold fluxes 质量分数/% 理化性能 密度/ 熔脸点/ 黏度1 粒度/ MgO Fe203 AL203 R20 H20 C 碱度 (g'mL-1) ℃ (Pa.s) % 32.44 3.66 34.22 0.5 2.28 7.77 11.98 0.21 3.22 1.05 0.77 1070 0.22 99.81 1.2取样方案 1.3hook特征定义 由于有较大压下量的轻压下，铸坯宽面振痕被 hook结构的特征包括深度、高度、厚度和倾角 磨平，难以直观找到hook结构的位置，所以选择从 等，如图2所示.表中定义了两个参考点，O1为hook 窄面进行取样.在铸坯右窄面中心截取不同拉速所 与振痕的交点，O2为振痕与下部垂直表面的转折 对应铸坯试样(30mm×20mm×l5mm)若千，对试 点.hook深度是指hook顶端（即最靠里处）到铸坯 样垂直于振痕的截面进行研磨抛光，之后使用饱和 表面的垂直距离，它表征了扒皮过程为了彻底消除 苦味酸溶液进行侵蚀，如图1所示，再通过金相显微 hook结构及其相关的表面缺陷而需要去除的表皮 镜对侵蚀出来的hook结构进行观测分析. 厚度.hook长度是指hook顶端到根部的直线距离

北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 变形，并背离结晶器表面弯曲，接下来的钢液在弯曲 坯壳表面的溢流形成了一个 hook; ②基于弯月面凝 固和钢液溢流的机理［8--12］，首先弯曲的弯月面凝固， 接下来钢液在凝固了的弯月面上的溢流形成 hook， 这种机理目前的认同度比较高． 在低碳钢尤其是超 低碳钢中更易于形成 hook 结构，这主要是异于凝固 温度和糊状区厚度，超低碳钢凝固温度高、糊状区 窄，造成其 hook 组织深［13］． 随着技术的进步，用户对低碳冷轧钢板表面质 量的要求也越来越高，这就要求铸坯中引起冷轧钢 板表面长条缺陷的大型夹杂物数量越少． 然而，连 铸开浇阶段由于浇铸状态的不稳定，很容易造成结 晶器卷渣等，并由此造成头坯表层大型夹杂物数量 急剧增大，头坯洁净度已经成为各钢厂急需解决的 问题． 铸坯表层大型夹杂物的数量除了与结晶器卷 渣有关外，还与易对夹杂物进行捕捉的 hook 结构密 切相关，而以往的研究主要集中于超低碳钢正常浇 铸条件下的 hook 结构特征及形成机理，对普通低碳 铝镇静钢( LCAK) 开浇阶段头坯中 hook 特征的相关 研究不多． 因此本文以此出发对 LCAK 钢头坯皮下 hook 结构特征进行研究． 1 研究方法 1. 1 浇铸参数 研究对象为低碳铝镇静钢连铸开浇头坯，实验 钢种成分如表 1 所示，连铸结晶器规格为 1 300 mm × 230 mm，采用非正弦振动，使用标准双孔浸入式水 口，滑板控流并吹氩保护． 实验炉次正常拉速为 1. 0 m·min － 1 ． 开浇起始拉速为 0. 4 m·min － 1 ，但由于开 浇头坯下线前已切头 0. 9 m，所以取样头坯只包含 0. 8 m·min － 1 、0. 85 m·min － 1 、0. 9 m·min － 1 及 1. 0 m· min － 1 四个拉速． 实验炉次的具体浇铸条件如表 2 所示，同时表 3 给出了所用保护渣的成分和性能． 表 1 实验所用低碳铝镇静钢成分( 质量分数) Table 1 Composition of LCAK steel for test % C Si Mn P S Alsol 0. 04 0. 02 0. 18 0. 010 0. 004 0. 023 表 2 实验炉次的具体浇铸条件 Table 2 Detailed casting conditions of test heats 拉速/ ( m·min － 1 ) 中包温度/ ℃ 结晶器窄面 冷却水流量/ ( L·min － 1 ) 液相线 温度* /℃ 结晶器振动参数＊＊ 振幅/ mm 振动频率/ ( 周·min － 1 ) 负滑脱时间/ s 负滑脱时间 占周期比/% 0. 8 1 577 540 1 531. 3 5. 7 113 0. 16 31 0. 85 1 577 540 1 531. 2 5. 7 113 0. 16 31 0. 9 1 577 540 1 531. 2 5. 7 125 0. 14 30 1. 0 1 570 540 1 531. 2 6 137 0. 13 30 注: * Tl ［14］ = 1 536 － { 78wC + 7. 6wSi + 4. 9wMn + 34. 4wP + 33wS + 4. 7wCu + 3. 1wNi + 1. 3wCr + 3. 6wAl} ; ＊＊ 不对称振动曲线，速度向上的 时间/一个周期 = 60% ． 表 3 实验所用保护渣的成分及性能 Table 3 Composition and properties of mold fluxes 质量分数/% 理化性能 SiO2 MgO CaO Fe2O3 Al2O3 R2O F H2O C 碱度 密度/ ( g·mL － 1 ) 熔融点/ ℃ 黏度/ ( Pa·s) 粒度/ % 32. 44 3. 66 34. 22 0. 5 2. 28 7. 77 11. 98 0. 21 3. 22 1. 05 0. 77 1 070 0. 22 99. 81 1. 2 取样方案 由于有较大压下量的轻压下，铸坯宽面振痕被 磨平，难以直观找到 hook 结构的位置，所以选择从 窄面进行取样． 在铸坯右窄面中心截取不同拉速所 对应铸坯试样( 30 mm × 20 mm × 15 mm) 若干，对试 样垂直于振痕的截面进行研磨抛光，之后使用饱和 苦味酸溶液进行侵蚀，如图 1 所示，再通过金相显微 镜对侵蚀出来的 hook 结构进行观测分析． 1. 3 hook 特征定义 hook 结构的特征包括深度、高度、厚度和倾角 等，如图 2 所示． 表中定义了两个参考点，O1为 hook 与振痕的交点，O2 为振痕与下部垂直表面的转折 点． hook 深度是指 hook 顶端( 即最靠里处) 到铸坯 表面的垂直距离，它表征了扒皮过程为了彻底消除 hook 结构及其相关的表面缺陷而需要去除的表皮 厚度． hook 长度是指 hook 顶端到根部的直线距离． ·1342·

第11期 杨文等：LCAK钢连铸头坯亚表层hook结构特征 ·1343· hook 拉坯方向 侵蚀面 内弧宽面 取侵蚀样 右窄面 图1铸坯取样位置示意图()及试样侵蚀位置示意图(b) Fig.1 Schematic showing of sample location (a)and etching location (b) 图3实验中的典型hook形貌 hook高度是指hook顶端到O2点处沿拉坯方向的垂 Fig.3 A typical hook shape in this work 直距离.hook厚度是指hook主干到hook边部的最 深度和厚度等也都呈现增大趋势. 大距离，hook往往在根部处更厚些，所以hook厚度 2.2hook与振痕深度的关系 选取在hook根部处测量.hook倾角是指hook长度 图5为hook各特征与振痕深度的关系.由图 线与铸坯窄表面之间的夹角，它表征了hook偏离铸 可见，振痕深度主要在0.2~0.4mm,且随着振痕深 坯表面的弯曲程度.振痕深度是指振痕波谷最低点 度的增加，hook的长度、深度、厚度及倾角等都呈现 到铸坯表面的垂直距离 增加的趋势.因此，在没有侵蚀与金像分析情况下， baok深度 可以把振痕深度作为对hook长度等特征和铸坯表 面质量进行粗略评估的一个手段. hak主干 2.3hook与拉速的关系 hk慎角 长度 如图6所示为振痕深度与拉速的关系.由图可 见，振痕深度随着拉速的增加而略微减小，但是关系 振痕深度 ok厚度 不是很明显.如图7所示为hook与拉速的关系.可 以看到，hook各特征都是随着拉速的增加而减小. 2.4hook随浇铸长度的变化 图2hook特征定义 图8所示为hook各特征随浇铸长度的变化.由图 Fig.2 Definition of hook characteristics 可见，hook的长度、深度及厚度都随着浇铸长度的增加 而减小，其中在浇铸的前两米减小幅度较大，随后缓慢 2结果与分析 减小，在浇铸7.9m后hook各特征基本不变. 图3所示为实验中一典型的hook形貌，其位置 3讨论 为浇铸长度约3m处.可以看到，hook主干基本上 从振痕波谷处（稍微偏移一定距离）略微以一定的 3.1弯月面形状 弧度朝铸坯内部生长，而在hook主干两旁有许多组 鉴于hook是由弯月面凝固后钢液溢流而形成 织呈枝晶状垂直于主干生长，且与附近的钢基体有 的，因此hook的形状跟弯月面的形状有着密切联 明显界限 系，从而有必要了解在有保护渣的情况下钢液弯月 2.1hook各特征之间关系 面的形状.弯月面形状通过经典的Bikerman公 图4所示为hook各特征之间的关系.可以看 式s-6计算： 到，hook长度主要集中在0.7~2mm,hook深度主要 x-x0=-2a-2+ 集中在0.5~1.5mm,hook厚度分布比较散，大部分 √2a+2a-z 2 (1) 处于0.2~0.9mm之间，而hook倾角大部分集中于 35°~45°.由图还可得到，hook各特征之间存在着 显著的相关性，随着hook倾角的增加，hook的长度、 xo =a- g-ln(万+1)≈0.37677a4 (2)

第 11 期 杨 文等: LCAK 钢连铸头坯亚表层 hook 结构特征 图 1 铸坯取样位置示意图( a) 及试样侵蚀位置示意图( b) Fig． 1 Schematic showing of sample location ( a) and etching location ( b) hook 高度是指 hook 顶端到 O2点处沿拉坯方向的垂 直距离． hook 厚度是指 hook 主干到 hook 边部的最 大距离，hook 往往在根部处更厚些，所以 hook 厚度 选取在 hook 根部处测量． hook 倾角是指 hook 长度 线与铸坯窄表面之间的夹角，它表征了 hook 偏离铸 坯表面的弯曲程度． 振痕深度是指振痕波谷最低点 到铸坯表面的垂直距离． 图 2 hook 特征定义 Fig． 2 Definition of hook characteristics 2 结果与分析 图 3 所示为实验中一典型的 hook 形貌，其位置 为浇铸长度约 3 m 处． 可以看到，hook 主干基本上 从振痕波谷处( 稍微偏移一定距离) 略微以一定的 弧度朝铸坯内部生长，而在 hook 主干两旁有许多组 织呈枝晶状垂直于主干生长，且与附近的钢基体有 明显界限． 2. 1 hook 各特征之间关系 图 4 所示为 hook 各特征之间的关系． 可以看 到，hook 长度主要集中在 0. 7 ～ 2 mm，hook 深度主要 集中在 0. 5 ～ 1. 5 mm，hook 厚度分布比较散，大部分 处于 0. 2 ～ 0. 9 mm 之间，而 hook 倾角大部分集中于 35° ～ 45°． 由图还可得到，hook 各特征之间存在着 显著的相关性，随着 hook 倾角的增加，hook 的长度、 图 3 实验中的典型 hook 形貌 Fig． 3 A typical hook shape in this work 深度和厚度等也都呈现增大趋势． 2. 2 hook 与振痕深度的关系 图 5 为 hook 各特征与振痕深度的关系． 由图 可见，振痕深度主要在 0. 2 ～ 0. 4 mm，且随着振痕深 度的增加，hook 的长度、深度、厚度及倾角等都呈现 增加的趋势． 因此，在没有侵蚀与金像分析情况下， 可以把振痕深度作为对 hook 长度等特征和铸坯表 面质量进行粗略评估的一个手段． 2. 3 hook 与拉速的关系 如图 6 所示为振痕深度与拉速的关系． 由图可 见，振痕深度随着拉速的增加而略微减小，但是关系 不是很明显． 如图 7 所示为 hook 与拉速的关系． 可 以看到，hook 各特征都是随着拉速的增加而减小． 2. 4 hook 随浇铸长度的变化 图8 所示为 hook 各特征随浇铸长度的变化． 由图 可见，hook 的长度、深度及厚度都随着浇铸长度的增加 而减小，其中在浇铸的前两米减小幅度较大，随后缓慢 减小，在浇铸7. 9 m 后 hook 各特征基本不变． 3 讨论 3. 1 弯月面形状 鉴于 hook 是由弯月面凝固后钢液溢流而形成 的，因此 hook 的形状跟弯月面的形状有着密切联 系，从而有必要了解在有保护渣的情况下钢液弯月 面的 形 状． 弯月面形状通过经典的 Bikerman 公 式［15--16］计算: x － x0 = － 2a2 槡 sf － z 2 + 2a2 槡 sf 2 ( ln 2a2 槡 sf + 2a2 槡 sf － z 2 z ) ( 1) x0 = asf － asf 槡2 ·ln( 槡2 + 1) ≈0. 376 77asf ( 2) ·1343·

·1344· 北京科技大学学报 第33卷 3.5间 3.0h 25 o 2.0 1.5 1.0 2 0.5 30 40 50 60 hk倾角 3.0 1.4 2.5 12 2.0 且1o- 兰0.8 15 ￥0.6 1.0 04 0.5 02 30 40 50 60 40 50 60 hok领角们 hok倾角 图4hook各特征之间的关系.(a)hook长度与倾角：(b)hook深度与倾角：(c)hook厚度与倾角 Fig.4 Relations between hook characteristics:(a)between hook length and angle;(b)between hook depth and angle:(c)between hook thickness and angle 3.0 25 22 1.5 1.0 05 0.1 0.2 0.304050.6 01 02 030.4050.6 振痕深度mm 振痕深度/mm 12) 1.0 50 是a6 6。 0 三0.4 02 20 07 020.30.4 05 0.20.30.405 振痕深度mm 振痕深度细m 图5hook各特征与振痕深度的关系.(a)hook长度：(b)hook深度：(c)hook厚度：(d)hook倾角 Fig.5 Relations between hook characteristics and oscillation mark depth:(a)hook length:(b)hook depth:(c)hook thickness:(d)hook angle 20 di=(p.-pg (3) 保护渣之间的界面张力，取为1.3N·m1m:p.为钢 液密度，取7200kgm-3p:为结晶器保护渣密度，取 式中：x为垂直窄面方向的长度，m;z为平行窄面方 2800kgm3g为重力加速度，取9.8ms2. 向的长度，m;a4为毛细常数，m;o4为钢液和结晶器 将式(2)和式(3)代入式(1)中得到弯月面的形

北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 图 4 hook 各特征之间的关系 . ( a) hook 长度与倾角; ( b) hook 深度与倾角; ( c) hook 厚度与倾角 Fig． 4 Relations between hook characteristics: ( a) between hook length and angle; ( b) between hook depth and angle; ( c) between hook thickness and angle 图 5 hook 各特征与振痕深度的关系 . ( a) hook 长度; ( b) hook 深度; ( c) hook 厚度; ( d) hook 倾角 Fig． 5 Relations between hook characteristics and oscillation mark depth: ( a) hook length; ( b) hook depth; ( c) hook thickness; ( d) hook angle a2 sf = 2σsf ( ρs － ρf ) g ( 3) 式中: x 为垂直窄面方向的长度，m; z 为平行窄面方 向的长度，m; asf为毛细常数，m; σsf为钢液和结晶器 保护渣之间的界面张力，取为 1. 3 N·m － 1［7］; ρs 为钢 液密度，取7200 kg·m － 3 ; ρf 为结晶器保护渣密度，取 2 800 kg·m － 3 ; g 为重力加速度，取 9. 8 m·s － 2 ． 将式( 2) 和式( 3) 代入式( 1) 中得到弯月面的形 ·1344·

第11期 杨文等：LCAK钢连铸头坯亚表层hook结构特征 ·1345· 0.6 状如图9所示，图中还分别给出了以0点和O2点为 。振痕深度 参考而实际测得的hook高度与水平长度的关系点. 一·一平均值 由于hook的形成是建立在弯月面凝固机理之上，所 0A 8 以hook的顶端应该处于弯月面处.由图可知，与以 e, 往的文献4幻和07]选取参考点0，相比，以O2点为 02 参考时，hook的顶端能较好地与计算所得弯月面吻 01 合，因此在研究hook的形成及生长时应该以O2点 0.80 0.850.900.95 1.00 为参考. 拉速mmin 3.2hook形成机理 图6振痕深度与拉速的关系 许多研究者提出了不同的hook形成机理，目前 Fig.6 Relation between oscillation mark depth and casting 占主导地位的是基于弯月面凝固和钢液溢流的机 sL(a) o hook长度 45 。hook深度 一·一平均值 ·一平均值 3.5 2 05 0.80 0.850.900.95 1.00 0.80 0.850.900.95 1.00 拉速mmin) 拉速mmin 14-(o o hook厚度 d 60 o hook倾角 12 一·一平均值 一·一平均值 8 0 8 40 0.4 30 02 20 080 0.850.900.95 1.0 0.80 0.850.900.95 1.00 拉速有mmin 拉速mmin 图7hook各特征与拉速的关系.(a)hok长度：(b)hook深度：(c)hook厚度：(d)hok倾角 Fig.7 Relations between hook characteristics and casting speed:(a)hook length:(b)hook depth:(c)hook thickness:(d)hook angle 。以0，点为参考 -。-1hook长度12 拟合曲线 4一hak深度 ·以0，点为参考 -o-hamk厚度 1.0 6 -Bikerman公式 20 ●e。 21.5 7.9m 公式： 10 0.4 0 y=a(1-exp(-bx)) R2-0.78193 0 a=2.964±0.30385 6 10 b-0.52194±0.07604 浇铸长度m 图8hook各特征随浇铸长度的变化 345678 hok水平长度mm Fig.8 Changes of hook characteristics along the casting length 图9hook高度与hook水平长度的关系 理，对此Sengupta等.进行了广泛研究：但是前人 Fig.9 Relation between hook height and hook horizontal length 提出的形成机理中并没有很好地解释振痕处hook 起始点偏离振痕波谷的现象.对此，本文结合实验 结果提出了一种新的基于弯月面凝固和钢液溢流的

第 11 期 杨 文等: LCAK 钢连铸头坯亚表层 hook 结构特征 图 6 振痕深度与拉速的关系 Fig． 6 Relation between oscillation mark depth and casting speed 状如图 9 所示，图中还分别给出了以 O1点和 O2点为 参考而实际测得的 hook 高度与水平长度的关系点． 由于 hook 的形成是建立在弯月面凝固机理之上，所 以 hook 的顶端应该处于弯月面处． 由图可知，与以 往的文献［4］和［17］选取参考点 O1相比，以 O2点为 参考时，hook 的顶端能较好地与计算所得弯月面吻 合，因此在研究 hook 的形成及生长时应该以 O2 点 为参考． 3. 2 hook 形成机理 许多研究者提出了不同的 hook 形成机理，目前 占主导地位的是基于弯月面凝固和钢液溢流的机 图 7 hook 各特征与拉速的关系 . ( a) hook 长度; ( b) hook 深度; ( c) hook 厚度; ( d) hook 倾角 Fig． 7 Relations between hook characteristics and casting speed: ( a) hook length; ( b) hook depth; ( c) hook thickness; ( d) hook angle 图 8 hook 各特征随浇铸长度的变化 Fig． 8 Changes of hook characteristics along the casting length 理，对此 Sengupta 等［4，8］进行了广泛研究; 但是前人 提出的形成机理中并没有很好地解释振痕处 hook 起始点偏离振痕波谷的现象． 对此，本文结合实验 图 9 hook 高度与 hook 水平长度的关系 Fig． 9 Relation between hook height and hook horizontal length 结果提出了一种新的基于弯月面凝固和钢液溢流的 ·1345·