水平连铸圆坯凝固及铸坯质量的研究.pdf

D0I:10.13374/1.issnl00103.2009.s1.005 第31卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.31 Suppl.1 2009年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2009 水平连铸圆坯凝固及铸坯质量的研究宁建成2)朱荣1,3)董凯)周春芳3) 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)湖南衡阳钢管（集团）有限公司，衡阳421001 3)北京科技大学生态与循环冶金教有部重点实验室，北京100083 摘要以水平连铸圆坯连铸生产工艺为研究对象，通过射钉实验并采用Fut数值模拟软件建立凝固传热模型，研究了在不同工艺条件下圆坯结晶器内的温度场分布与凝固传热过程，并对铸坯质量进行了相关的检测分析·通过本研究进一步明确了结晶器内钢液的温度场分布，及不同拉坯工艺对结晶器内钢液温度场变化的影响，结果表明：通过射钉实验并采用Flnt 数值模拟软件建立凝固传热模型，可以有效分析水平连铸钢液的凝固传热过程，对改善钢水质量有积极作用· 关键词水平连铸：凝固传热：拉坯工艺：质量缺陷 Study on solidification of round billet horizontal continuous casting and quality of casting blank NING Jian-cheng).ZHU Rong),DONG Kai).ZHOU Chun-fang3) 1)School of Metallurgical and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Hengyang Valin Steel Tube Co Ltd.Hengyang 421001.China 3)Key Laboratory of the Ministry of Education of China for Ecology and Circular Metallurgy.University of Science and Technology Beijing:Beijing 100083.China ABSTRACT The temperature distribution and solidification heat transfer process of round billet in different drawing blank technics were studied by means of solidification/melting models of Fluent software and pin shooting jointly,taking round billet horizontal con- tinuous casting process as the research object.By this studies,the liquid steel temperature field distribution in the mold was obtained, and effects of casting process on steel temperature field inside of the mold was achieved.The results show that,through nailing exper- iment and numerical simulation using Fluent software,the solidification heat transfer model can be established,liquid solidification in continuous casting steel heat transfer process can be effectively analyzed.and the quality of molten steel can be improved. KEY WORDS horizontal continuous casting:solidification heat transfer:drawing blank technics:quality defect 随着水平连铸生产技术的提高，水平连铸已能高铸坯质量生产多种品种钢。然而，在水平连铸生产中，铸坯常 1水平连铸圆坯的凝固组织结构及常见的出现铸坯椭圆形变、中心疏松、中间裂纹超标等质量问题)].通过对水平连铸铸坯缺陷的研究发现，质量缺陷这些缺陷的产生与钢液的凝固传热特性有紧密联 1.1水平连铸铸坯的凝固组织结构系，但利用传统的研究方法很难对钢液凝固传热过一般情况下，铸坯的凝固组织结构从边缘到中程进行分析，本研究引进Fluent数值模拟软件凝固心由细小等轴晶区、柱状晶区、中心等轴晶区组传热模型，结合射钉实验，研究确定水平连铸结晶器成内温度场的分布，研究结果表明：通过Fluent数值 (1)细小等轴晶区，结晶器内的冷却强度很模拟软件准确地确定了水平连铸过程的凝固传热过大，钢液和铜套内壁接触时，冷却速度快，铸坯边缘程，为水平连铸生产工艺提供合理的拉坯工艺，提形成细小等轴晶区，收稿日期：2009-10-01 作者简介：宁建成(1972一)，男，博士研究生，hanje(@yahoo.cn

水平连铸圆坯凝固及铸坯质量的研究宁建成12）朱荣13）董凯13）周春芳13） 1）北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 2）湖南衡阳钢管（集团）有限公司衡阳421001 3）北京科技大学生态与循环冶金教育部重点实验室北京100083 摘要以水平连铸圆坯连铸生产工艺为研究对象通过射钉实验并采用 Fluent 数值模拟软件建立凝固传热模型研究了在不同工艺条件下圆坯结晶器内的温度场分布与凝固传热过程并对铸坯质量进行了相关的检测分析．通过本研究进一步明确了结晶器内钢液的温度场分布及不同拉坯工艺对结晶器内钢液温度场变化的影响．结果表明：通过射钉实验并采用 Fluent 数值模拟软件建立凝固传热模型可以有效分析水平连铸钢液的凝固传热过程对改善钢水质量有积极作用．关键词水平连铸；凝固传热；拉坯工艺；质量缺陷 Study on solidification of round billet horizontal continuous casting and quality of casting blank NING Jian-cheng 12）ZHU Rong 13）DONG Kai 13）ZHOU Chun-f ang 13） 1） School of Metallurgical and Ecological EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） Hengyang Valin Steel Tube Co LtdHengyang421001China 3） Key Laboratory of the Ministry of Education of China for Ecology and Circular MetallurgyUniversity of Science and Technology Beijing；Beijing 100083China ABSTRACT T he temperature distribution and solidification heat transfer process of round billet in different drawing blank technics were studied by means of solidification／melting models of Fluent software and pin shooting jointlytaking round billet horizontal continuous casting process as the research object．By this studiesthe liquid steel temperature field distribution in the mold was obtained and effects of casting process on steel temperature field inside of the mold was achieved．T he results show thatthrough nailing experiment and numerical simulation using Fluent softwarethe solidification heat transfer model can be establishedliquid solidification in continuous casting steel heat transfer process can be effectively analyzedand the quality of molten steel can be improved． KEY WORDS horizontal continuous casting；solidification heat transfer；drawing blank technics；quality defect 收稿日期：2009-10-01 作者简介：宁建成（1972—）男博士研究生hgnjc＠yahoo．cn 随着水平连铸生产技术的提高水平连铸已能生产多种品种钢．然而在水平连铸生产中铸坯常出现铸坯椭圆形变、中心疏松、中间裂纹超标等质量问题［1—3］．通过对水平连铸铸坯缺陷的研究发现这些缺陷的产生与钢液的凝固传热特性有紧密联系但利用传统的研究方法很难对钢液凝固传热过程进行分析．本研究引进 Fluent 数值模拟软件凝固传热模型结合射钉实验研究确定水平连铸结晶器内温度场的分布．研究结果表明：通过 Fluent 数值模拟软件准确地确定了水平连铸过程的凝固传热过程．为水平连铸生产工艺提供合理的拉坯工艺提高铸坯质量． 1 水平连铸圆坯的凝固组织结构及常见的质量缺陷 1∙1 水平连铸铸坯的凝固组织结构一般情况下铸坯的凝固组织结构从边缘到中心由细小等轴晶区、柱状晶区、中心等轴晶区组成［4］．（1）细小等轴晶区．结晶器内的冷却强度很大钢液和铜套内壁接触时冷却速度快铸坯边缘形成细小等轴晶区．第31卷增刊1 2009年 12月北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31Suppl．1 Dec．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．s1．005

Vol.31 Suppl.1 宁建成等：水平连铸圆坯凝固及铸坯质量的研究 .169 (2)柱状晶区，细小等轴晶区形成过程伴随着 (4)铸坯中心线上的点，由于对称原因，导热收缩，铸坯脱离铜套内壁形成气隙，降低了传热速为零. 度，铸坯形成了柱状晶区， 2.2凝固涉及物理量的处理 (3)中心等轴晶区.随着凝固前沿的推移，凝 (1)凝固潜热的处理. 固层和凝固前沿的温度梯度逐渐减小，两相区宽度钢液由液态凝固成固态，大约放出300kJkg1 逐渐增大，当铸坯中心部液相温度降至液相线后，中左右的潜热，热量在钢水液相线与固相线之间释放，心部结晶开始，由于中心部传热的方向性已不明因而可以把这些在钢水液相线与固相线温度之间的显，形成了等轴晶；因传热受到限制，晶粒较激冷层热量叠加到钢的比热中. 粗大， (2)计算长度的确定铸坯的低倍组织对钢的加工性能和机械性能影根据水平连铸结晶器的设计图纸(140mm), 响很大，除某些特殊用途的钢要求柱状晶组织外，绝结晶器全长为1476mm,铜壁段长为150mm,石墨大部分钢种都希望得到中心等轴晶区大的铸坯组段为1326mm, 织，同时希望等轴晶晶粒细小、均匀 (3)导热系数关系， 1.2水平连铸圆坯的质量缺陷根据相关资料，铜壁段导热系数为石墨段导热水平连铸铸坯的缺陷主要分为3类)]，系数的5倍. (1)表面缺陷，这是影响铸机产量和铸坯质量 2.3 Fluent数值模拟结果的重要缺陷.包括纵裂纹、横裂纹、气泡、凹陷、划线根据以上对Fluent模拟参数的制定与处理，利温度分布不均等用Fluent数值模拟软件可得到如下图l,图2所示 (2)内部缺陷，包括中心疏松、中间裂纹、缩的模拟结果，根据对模拟结果的分析，可以分析结孔、中心裂纹、皮下气泡等晶器内各部分的温度，并可研究铸坯表面温度的变 (3)形状缺陷，鼓肚、脱方、圆坯椭圆变形等. 化情况及铸坯坯壳在结晶器内的成长状况 2 Fluent数值模拟凝固过程 Fluent是国际上比较流行的商用CFD软件包，在冶金方面主要用于计算流体流动和传热问题，它提供的非结构网格生成程序，对相对复杂的几何结构网格生成非常有效，相变模型可以追踪分析流体的融化和凝固， 2.1凝固模拟的边界条件确定 2.1.1凝固模拟模型假设图1结晶器内温度场分布 (1)忽略结晶器内凝固壳的存在； 1.85 (2)结晶器内流动视为稳态；￥1.75 (③)结晶器内流体视为不可压缩流体； (4)忽略振动对流动的影响； (5)钢的密度不论在液相、两相、固相区假定不变，均取一个固定值； 1.450020.40.60.8101.214 (6)钢的导热系数、比热在同一相区假定为距离m 常数 2.1.2建立计算区域和边界条件图2结晶器内铸坯表面温度 (1)在计算开始时，初始温度等于钢液温度，钢液流速为拉速； 3铸坯射钉测厚实验 (2)在结晶器内，铸坯表面导出热流量等于一射钉实验是将装有示踪剂的钢钉射入到连铸坯次冷却水所带出的热量；内部的不同位置，待铸坯冷却后，切取含有射钉的铸 (3)铜壁段和石墨段的导热用复合导热的计算坯试样，并对铸坯试样进行刨削处理，用刨床刨削至方法，将热阻折合成等效热阻：钢钉的中心线位置，再对试样做硫印分析便可观测

（2）柱状晶区．细小等轴晶区形成过程伴随着收缩铸坯脱离铜套内壁形成气隙降低了传热速度铸坯形成了柱状晶区．（3）中心等轴晶区．随着凝固前沿的推移凝固层和凝固前沿的温度梯度逐渐减小两相区宽度逐渐增大当铸坯中心部液相温度降至液相线后中心部结晶开始．由于中心部传热的方向性已不明显形成了等轴晶；因传热受到限制晶粒较激冷层粗大．铸坯的低倍组织对钢的加工性能和机械性能影响很大除某些特殊用途的钢要求柱状晶组织外绝大部分钢种都希望得到中心等轴晶区大的铸坯组织同时希望等轴晶晶粒细小、均匀． 1∙2 水平连铸圆坯的质量缺陷水平连铸铸坯的缺陷主要分为3类［5］：（1）表面缺陷．这是影响铸机产量和铸坯质量的重要缺陷．包括纵裂纹、横裂纹、气泡、凹陷、划线温度分布不均等．（2）内部缺陷．包括中心疏松、中间裂纹、缩孔、中心裂纹、皮下气泡等．（3）形状缺陷．鼓肚、脱方、圆坯椭圆变形等． 2 Fluent 数值模拟凝固过程 Fluent 是国际上比较流行的商用 CFD 软件包在冶金方面主要用于计算流体流动和传热问题．它提供的非结构网格生成程序对相对复杂的几何结构网格生成非常有效．相变模型可以追踪分析流体的融化和凝固． 2∙1 凝固模拟的边界条件确定 2∙1∙1 凝固模拟模型假设（1）忽略结晶器内凝固壳的存在；（2）结晶器内流动视为稳态；（3）结晶器内流体视为不可压缩流体；（4）忽略振动对流动的影响；（5）钢的密度不论在液相、两相、固相区假定不变均取一个固定值；（6）钢的导热系数、比热在同一相区假定为常数． 2∙1∙2 建立计算区域和边界条件（1）在计算开始时初始温度等于钢液温度钢液流速为拉速；（2）在结晶器内铸坯表面导出热流量等于一次冷却水所带出的热量；（3）铜壁段和石墨段的导热用复合导热的计算方法将热阻折合成等效热阻；（4）铸坯中心线上的点由于对称原因导热为零． 2∙2 凝固涉及物理量的处理（1）凝固潜热的处理．钢液由液态凝固成固态大约放出300kJ·kg —1 左右的潜热热量在钢水液相线与固相线之间释放因而可以把这些在钢水液相线与固相线温度之间的热量叠加到钢的比热中．（2）计算长度的确定．根据水平连铸结晶器的设计图纸（●140mm）结晶器全长为1476mm铜壁段长为150mm石墨段为1326mm．（3）导热系数关系．根据相关资料铜壁段导热系数为石墨段导热系数的5倍． 2∙3 Fluent 数值模拟结果根据以上对 Fluent 模拟参数的制定与处理利用 Fluent 数值模拟软件可得到如下图1图2所示的模拟结果．根据对模拟结果的分析可以分析结晶器内各部分的温度并可研究铸坯表面温度的变化情况及铸坯坯壳在结晶器内的成长状况．图1 结晶器内温度场分布图2 结晶器内铸坯表面温度 3 铸坯射钉测厚实验射钉实验是将装有示踪剂的钢钉射入到连铸坯内部的不同位置待铸坯冷却后切取含有射钉的铸坯试样并对铸坯试样进行刨削处理用刨床刨削至钢钉的中心线位置再对试样做硫印分析便可观测 Vol．31Suppl．1 宁建成等：水平连铸圆坯凝固及铸坯质量的研究 ·169·

.170 北京科技大学学报 2009年增刊1 到钢钉在铸坯内部的轮廓组织，通过对钢钉轮廓的修正，得到与实际非常符合的结果分析直观测量钢液凝固坯壳的厚度，再利用凝固理对于拉速为2.13m·min1的36Mn2V铸坯，论的相关知识计算确定钢种的凝固系数和液芯按凝固系数计算可得，铸坯完全凝固位置在16~ 长度. 21m之间，如图4所示 3.1射钉试样硫印分析 50 在硫印图中（如图3所示），依据射钉在铸坯的 40 组织形貌不同，宏观组织可以依据硫扩散的区域分 30 为三个区域：A射钉形貌没有变化的区域，硫没有扩 20 散；B射钉的形状发生变化的区域，硫发生局部扩 10 散；C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，硫完全扩散，射钉 6 10 击入铸坯后，根据非稳态传热计算，射钉与铸坯基体距分离环位置m 达到同一温度大约需0.75s,在完全固相区，射钉的表层会熔化掉一些，但没有扩散，形状几乎不会发生图436Mn2V坯壳凝固趋势（拉速2.l3mmim) 变化，即图3中的A区；在固液两区，满足了射钉熔按凝固系数计由曲线可以看出，在刚开始的0 化的条件，但由于液相对流收到限制，射钉与基体的 2m内，曲线斜率大，说明冷却强度大，此时正是在结界面移动受到限制，表现为射钉粗化，组织与铸坯不晶器中冷却，而此后则逐渐趋于平缓，冷却强度下同，形成图3中的B区；在液相区，先是射钉使部分降，并且在凝固末期存在一个加速凝固的趋势，这是液相凝固，由于液相区对流充分，会使射钉几乎完全由于圆坯的传热在不考虑纵向传热的情况下，是二熔化，射钉与铸坯表现为同一组织，形成图3中的C 维传热，正是这种原因使得圆坯在凝固后期有个加区[6]. 速凝固阶段， 4结果分析与讨论依据Fluent数值模拟及射钉实验结果，分析得出：拉速、中间包钢液过热度和结晶器冷却强度对结晶器内温度场分布有着重要的影响. 4.1拉速对结晶器内温度场分布的影响图3钢坯硫印图随着拉坯速度的提高，结晶器内表面温度的变化趋缓，并且表面温度随之升高，铸坯出结晶器的表 3.2坯壳厚度及铸坯液芯分析面温度也升高，坯壳厚度减小，液芯长度加长；射钉根据液相穴凝固前沿释放出的潜热等于凝固坯实验也验证了Fluent数值模拟的正确性，壳的传导传热的原理，坯壳的生长服从于平方根定钢坯在凝固阶段，由于钢坯内部潜热的释放，钢律，即：坯中心温度降幅很小，从而在圆坯内部形成较长的 d,=ko t=k Z 液相穴，根据射钉实验的分析，随着拉速的提高，铸坯坯壳厚度减小，液芯变长，铸坯热应力与拉应力增式中，d,为凝固坯壳厚度；k为综合凝固系数；t为加，在二力的共同作用下加速导致铸坯中间裂纹形凝固时间：Z为铸坯的纵向离弯月面的位置；u为成7] 拉速 4.2中间包钢液过热度对结晶器内温度分布的凝固曲线：影响 D L= 铸坯表面温度与钢水过热度的变化如图5所示，依据（图5）的分析，随着中间包钢液过热度的提式中，K为凝固系数；V为拉坯速度；L为液芯长高，铸坯表面温度也升高。钢液过热度每升高10℃，度；D为铸坯半径则铸坯表面温度升高80℃. 但是，在多次实际凝固坯壳测定中发现，在凝固在模拟结果中，随着中间包钢液过热度的提高，后期有加速凝固的趋势，本研究中对系数K进行了铸坯坯壳厚度减少，液芯长度增长·钢液过热度每

到钢钉在铸坯内部的轮廓组织通过对钢钉轮廓的分析直观测量钢液凝固坯壳的厚度再利用凝固理论的相关知识计算确定钢种的凝固系数和液芯长度． 3∙1 射钉试样硫印分析在硫印图中（如图3所示）依据射钉在铸坯的组织形貌不同宏观组织可以依据硫扩散的区域分为三个区域：A 射钉形貌没有变化的区域硫没有扩散；B 射钉的形状发生变化的区域硫发生局部扩散；C 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硫完全扩散．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0∙75s在完全固相区射钉的表层会熔化掉一些但没有扩散形状几乎不会发生变化即图3中的 A 区；在固液两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3中的 B 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3中的 C 区［6］．图3 钢坯硫印图 3∙2 坯壳厚度及铸坯液芯分析根据液相穴凝固前沿释放出的潜热等于凝固坯壳的传导传热的原理坯壳的生长服从于平方根定律即： ds＝k t＝k Z us 式中ds 为凝固坯壳厚度；k 为综合凝固系数；t 为凝固时间；Z 为铸坯的纵向离弯月面的位置；us 为拉速．凝固曲线： L＝ D 2 K 2V 式中K 为凝固系数；V 为拉坯速度；L 为液芯长度；D 为铸坯半径．但是在多次实际凝固坯壳测定中发现在凝固后期有加速凝固的趋势本研究中对系数 K 进行了修正得到与实际非常符合的结果．对于拉速为2∙13m·min —1的36Mn2V 铸坯按凝固系数计算可得铸坯完全凝固位置在16～ 21m之间．如图4所示．图4 36Mn2V 坯壳凝固趋势（拉速2∙13m·min —1）按凝固系数计由曲线可以看出在刚开始的0～ 2m内曲线斜率大说明冷却强度大此时正是在结晶器中冷却而此后则逐渐趋于平缓冷却强度下降并且在凝固末期存在一个加速凝固的趋势这是由于圆坯的传热在不考虑纵向传热的情况下是二维传热正是这种原因使得圆坯在凝固后期有个加速凝固阶段． 4 结果分析与讨论依据 Fluent 数值模拟及射钉实验结果分析得出：拉速、中间包钢液过热度和结晶器冷却强度对结晶器内温度场分布有着重要的影响． 4∙1 拉速对结晶器内温度场分布的影响随着拉坯速度的提高结晶器内表面温度的变化趋缓并且表面温度随之升高铸坯出结晶器的表面温度也升高坯壳厚度减小液芯长度加长；射钉实验也验证了 Fluent 数值模拟的正确性．钢坯在凝固阶段由于钢坯内部潜热的释放钢坯中心温度降幅很小从而在圆坯内部形成较长的液相穴根据射钉实验的分析随着拉速的提高铸坯坯壳厚度减小液芯变长铸坯热应力与拉应力增加在二力的共同作用下加速导致铸坯中间裂纹形成［7—8］． 4∙2 中间包钢液过热度对结晶器内温度分布的影响铸坯表面温度与钢水过热度的变化如图5所示依据（图5）的分析随着中间包钢液过热度的提高铸坯表面温度也升高．钢液过热度每升高10℃ 则铸坯表面温度升高80℃．在模拟结果中随着中间包钢液过热度的提高铸坯坯壳厚度减少液芯长度增长．钢液过热度每 ·170· 北京科技大学学报 2009年增刊1

Vol.31 Suppl.I 宁建成等：水平连铸圆坯凝固及铸坯质量的研究 171 1110 易“冻死即钢液凝固，这就不能保证连铸生产的顺 &110ol 利进行 1090 4.3结晶器冷却强度对结晶器内温度场分布的曼m 影响 1070 结晶器冷却强度不宜太强，结晶器内初生坯壳 106060 80 90 100 受冷却强度过高，钢中柱状晶增多而等轴晶减少，最过热度℃ 终导致铸坯中间裂纹的增多21】. 图5过热度与坯壳温度变化曲线依据Fluent数值模拟结果发现，随着结晶器内冷却水量的加大，结晶器内温度场的换热量加大，在升高10℃，坯壳厚度减少2.1mm,液芯长度增加铜套部分换热量加大表现尤为突出，且钢坯表面温 2.41m(如图6)，坯壳厚度计算值与射钉实验结果度在单位长度内降低的幅度也加大，铸坯坯壳厚度 2mm相差不大，误差率仅为5%. 增厚，液芯长度变短.铸坯在移动过程中坯壳厚度 30 逐渐增加，在钢坯内部分别形成液相区、两相区和固量相区， 20 6 5结论 12 6 75 85 95 过热度：通过Fluent数值模拟软件凝固传热模型，结合射钉实验，得出：图6过热度与液芯长度变化线 (1)在实验的几种拉速条件下的铸坯液芯凝固经多次研究发现，中间包钢液过热度△T为终点范围为距离分离环16~20m之间.由各钢种 45℃时适宜连铸生产.通过对不同拉坯工艺取样分曲线可以看出，36Mn2V圆坯在凝固后期有个加速析，中间包过热度△T为80℃左右时的试样分析凝固阶段 (2)随着拉坯速度的提高，结晶器内铸坯表面得，铸坯夹杂物控制超标，椭圆形变加大，液芯增长温度的变化趋缓，表面温度也随之升高，坯壳厚度减中间裂纹为3级，等铸坯质量缺陷发生，电子探针薄，液芯长度加长，结晶器铜套部分换热量减小分析己证明夹杂物对中间裂纹的影响，当水平连铸 (3)随着中间包钢液过热度的提高，铸坯表面控制钢水过热度为△T=20~40℃，可以有效控制水平连铸管坯中间裂纹的产生和改善连铸坯的表面温度也升高，铸坯坯壳厚度减薄，液芯长度增长，钢液过热度每升高10℃，铸坯表面温度升高80℃，液质量及椭圆形变的发生，但过低的过热度不适应当前高效连铸及水平连铸工艺生产要求[6.9]. 芯长度增加0.41m,坯壳厚度减少2.1mm (4)随着结晶器内冷却水量的加大，结晶器内水平连铸中间包没有加热装置，因此高的过热换热量加大，在铜套部分换热量加大表现尤为突出，度是水平连铸生产顺利进行的保障，但高的过热度且钢坯表面温度在单位长度内降低的幅度也加大，加速了中间包耐材的损耗，铸坯夹杂物的增多，铸坯铸坯坯壳厚度增厚，液芯长度变短液芯增长0-.图7为高过热度条件下的铸坯试因此保证合适的钢液过热度及合理的拉速是提样电镜相片；如果中间包钢液过热度太低，铸坯质量高铸坯质量的关键. 虽然提高但位于连接中间包与结晶器的水口部位容参考文献 [1]Yue E B.Na XZ.Han P,et al.Research on the thickness of so lidified shell of CSP thin slab.Iron Steel.2003(8):28 (岳尔斌，那贤昭，韩朋，等，珠钢CSP薄板坯凝固层厚度研究钢铁，2003(8)：28) [2]Chen S L.Mechanical properties of 40Cr steel after stengthening and toughening.Heat Treatment,2005.20(4):48 0.2m (陈淑玲.40Cr钢强韧化处理后的力学性能.热处理，2005， 20(4):48) [3]Kivela E,Konttinen J,Rautaruukki 0.Dynamic secondary 图7铸坯电镜相片 cooling model for continuous casting /Steelmaking Conference

图5 过热度与坯壳温度变化曲线升高10℃坯壳厚度减少2∙1mm液芯长度增加 2∙41m（如图6）．坯壳厚度计算值与射钉实验结果 2mm 相差不大误差率仅为5％．图6 过热度与液芯长度变化线经多次研究发现中间包钢液过热度 ΔT 为 45℃时适宜连铸生产．通过对不同拉坯工艺取样分析中间包过热度 ΔT 为80℃左右时的试样分析得铸坯夹杂物控制超标椭圆形变加大液芯增长中间裂纹为3级等铸坯质量缺陷发生．电子探针分析已证明夹杂物对中间裂纹的影响．当水平连铸控制钢水过热度为ΔT ＝20～40℃可以有效控制水平连铸管坯中间裂纹的产生和改善连铸坯的表面质量及椭圆形变的发生．但过低的过热度不适应当前高效连铸及水平连铸工艺生产要求［69］．图7 铸坯电镜相片水平连铸中间包没有加热装置因此高的过热度是水平连铸生产顺利进行的保障但高的过热度加速了中间包耐材的损耗铸坯夹杂物的增多铸坯液芯增长［10—11］．图7为高过热度条件下的铸坯试样电镜相片；如果中间包钢液过热度太低铸坯质量虽然提高但位于连接中间包与结晶器的水口部位容易“冻死”即钢液凝固这就不能保证连铸生产的顺利进行． 4∙3 结晶器冷却强度对结晶器内温度场分布的影响结晶器冷却强度不宜太强结晶器内初生坯壳受冷却强度过高钢中柱状晶增多而等轴晶减少最终导致铸坯中间裂纹的增多［12—13］．依据 Fluent 数值模拟结果发现随着结晶器内冷却水量的加大结晶器内温度场的换热量加大在铜套部分换热量加大表现尤为突出且钢坯表面温度在单位长度内降低的幅度也加大铸坯坯壳厚度增厚液芯长度变短．铸坯在移动过程中坯壳厚度逐渐增加在钢坯内部分别形成液相区、两相区和固相区． 5 结论通过 Fluent 数值模拟软件凝固传热模型结合射钉实验得出：（1）在实验的几种拉速条件下的铸坯液芯凝固终点范围为距离分离环16～20m 之间．由各钢种曲线可以看出36Mn2V 圆坯在凝固后期有个加速凝固阶段．（2）随着拉坯速度的提高结晶器内铸坯表面温度的变化趋缓表面温度也随之升高坯壳厚度减薄液芯长度加长结晶器铜套部分换热量减小．（3）随着中间包钢液过热度的提高铸坯表面温度也升高铸坯坯壳厚度减薄液芯长度增长．钢液过热度每升高10℃铸坯表面温度升高80℃液芯长度增加0∙41m坯壳厚度减少2∙1mm．（4）随着结晶器内冷却水量的加大结晶器内换热量加大在铜套部分换热量加大表现尤为突出且钢坯表面温度在单位长度内降低的幅度也加大铸坯坯壳厚度增厚液芯长度变短．因此保证合适的钢液过热度及合理的拉速是提高铸坯质量的关键．参考文献［1］ Yue E BNa X ZHan Pet al．Research on the thickness of solidified shell of CSP thin slab．Iron Steel2003（8）：28 （岳尔斌那贤昭韩朋等．珠钢 CSP 薄板坯凝固层厚度研究．钢铁2003（8）：28）［2］ Chen S L．Mechanical properties of 40Cr steel after stengthening and toughening．Heat T reatment200520（4）：48 （陈淑玲．40Cr 钢强韧化处理后的力学性能．热处理2005 20（4）：48）［3］ Kivela E Konttinen J Rautaruukki O． Dynamic secondary cooling model for continuous casting ∥ Steelmaking Conference Vol．31Suppl．1 宁建成等：水平连铸圆坯凝固及铸坯质量的研究 ·171·