水平连铸坯热应力的计算和分析

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1990.01.005 北京科技大学学报 第12卷第1期 Vol.12 No.1 1990年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan,1990 水平连铸坯热应力的计算和分析 张凤禄付军隆 (热能工程系) 摘要：应用铸还凝固过程中的热弹塑性应力模型，对马钢水平连铸热试期间的钱坯 进行了传热、应力和应变分析计算。定量地反映了钱坯的热应力分布，指出水平连铸铸坯出 结品器后，表面温度回升太大，可能产生中间裂纹和中心裂纹。 关键词：应力、应变、弹塑性模型 Calculation and Analysis for Thermal Stress in Horizontal Continuous Casting of Steel Zhang Fenglu Fu Julong ABSTRACT:An elasto-plastic model for the thermal stress during solidifi- cation in strand is app!ied to the horizontal continuous casting of steel in Maanshan Iron and Steel Company.Calculation and analysis of the heat transfer, stress and strain for the strand have been made.The distribution of thermal stress for strand has been quantitively given.It has been indicated that because the surface reheating of stand is very large after the strand leaves the mould, the internal cracks will be formed. KEY WORDS:stress,strain,elasto-plastic model 水平连铸是近10年来发展起来的连铸新技术，它与弧形连铸相比具有连铸机高度低、设 ” 备简单、投资少、见效快、能防止钢的二次氧化和提高铸坯质量等优点。但是，水平连铸同 其它各类连铸一样，铸坯在结晶器内的冷却过程采取了强制冷却方式。因此，铸坯出结晶器 后会引起很大的温度回升，在铸坯壳内造成较大的热应力。另外，从钢的高温力学性能看， 在高温下，存在3个脆性区，那些韧性较低的区域可能会在张应力的作用下，断裂而形成铸 坯内裂纹，造成铸坯质量缺陷。 1988一07一04收稿 25

卜叹 第 卷第 期 北 京 科 技 大 学 学 报 。 年 月 。 水平连铸坯热应力的计算和分析 张凤禄 付军隆 ’ 、 、 热能 工程 系 摘 要 应 用铸 坯 凝 固过程 中的热弹塑性 应 力模型 ， 对 马钢水平连铸 热试期 间的铸坯 进行 了传 热 、 应 力和 应 变分 析计 算 。 定 量 地 反 映了铸坯 的 热应 力分布 ， 指 出水平 连 铸铸坯 出 结 品 器后 ， 表面温度 回 升太大 ， 可 能 产生 中间裂 纹 和 中心 裂 纹 。 关 键词 应 力 、 应变 、 弹塑 性 模型 入 夕 “ 夕 卜 一 五 ， 。 卜 · ， 从 ， ， 一 水 平连铸 是近 年来发 展起来 的连铸新技术 ， 它与弧 形连铸 相 比具有连铸机高度低 、 设 备简单 、 投资 少 、 见效快 、 能防止钢的 二 次氧化和提高铸 坯质量 等优点 。 但是 ， 水 平连铸 同 其它 各类 连铸一样 ， 铸 坯在结 晶器内的冷却过 程采取 了强 制冷却 方式 。 因此 ， 铸坯 出结 晶器 后会引起很 大的温 度回升 ， 在 铸坯壳 内造 成较 大的热应 力 。 另 外 ， 从钢的高温 力学性能看 ， 在 高温 下 ， 存在 个 脆性区 ， 那些韧 性较低 的 区 域可 能会 在张应 力的 作 用下 ， 断裂 而形 成铸 坯内裂纹 ， 造 成铸坯质量 缺陷 。 一 一 收 稿 邪 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1990．01．005

针对马胺山钢铁公司生产的水平连铸圆坯，在调试期间曾出现的质量问题，本文对铸坯 在不同拉速下的热应力进行了计算分析，从钢的高温力学性能出发，制定了裂纹判断标准， 指出了在不同拉速条件下铸坯产生裂纹的危险。 1钢的高温力学性能 铸坯热应力的计算和分析，首先涉及到钢的高温力学性能，它对铸坯内裂纹的形成有很 大影响。 (1)钢的高温脆性Hirowo G.SUZU- KI【1)等人认为，钢可按其温度范围分成3个 典型的高温脆性区，见图1。 第I脆性区的温度范围为熔点-1200°C, 脆化原因是在凝固初期枝状晶界面有残余的钢 600 900 1200 液，在钢的品界上形成液膜。在外力作用下， Deformation temperature,C 很容易产生晶界滑移并导致晶界断裂，这使铸 图1拉伸实验下钢的韧性和变形涩度的关系 坯在凝固前沿形成内裂。 Fig,1 Relation of ductility of steel 第I脆性区的温度范围为900-1200°C, with deformation temperature 过饱和状态的S、O在奥氏体晶界上以(Mn、 under tensile test Fe)O、(Fe、Mn)S和A1zO;化合物析出，引起钢的韧性下降，这可能造成内裂纹的进一 步扩展。 第I脆性区的温度范围为600-900°C,钢中奥氏体晶界析出碳化物和氮化物，在拉应 力作用下，这些析出物均变成应力集中点，变形初期沿奥氏休晶界产生由变形应力引起的空 隙，空隙在品界滑移、变形作用下成长，加速预先共晶的铁素体沿奥氏休品界析出，由于铁 素体的张应力强度比奥氏体小许多倍，引起了应力集中，促进空隙的形成和成长。空隙在成 长过程中形成楔形晶界裂纹，铸坯凝固初期形成的裂纹核心，可能由此得到发展。 (2)钢的成分影响在凝固温度附近，钢中C、S含量对其力学性能影响很大。钢中S 含量的增加，将使其强度变小。钢中C含量从0.1%到大约0,18%，强度几乎直线上升，超 过此值开始下降。尽管在大约0,18%C之下，钢的抗拉强度最大，然而实验表明，这时钢最 易产生裂纹，由此看出，这时延展性对形成裂纹的影响比强度更大，因为这里塑性延伸率为 零。此外，在1300一1000°C的温度下，钢中Mn/S比的增加，使钢的热韧性得到不断改 。 (3)裂纹判断标准在不同的成分下，钢的高温极限强度和断裂应变值咯有不同，裂纹 做感区一般在凝因温度和低于其100°C左右的温度范围内，根据文献[3]中的有关数据。选 取极限强度为4MP,断裂应变0.2%，作为判断裂纹产生的标准。对于双轴向拉伸的情况，拉 伸极限强度和断裂应变会下降，这时以极限强度3MPa,断裂应变0.15%作为裂纹判断标准。 2数学模型 根据，坯在凝固过程中的变形特点，本文采用铸坯热弹塑性应力模型，假定铸坯在结晶 26

针 对马鞍 山钢铁公 司生 产的水 平连 铸 圆坯 ， 在调试期间 曾出现 的质量问题 ， 本文 对 铸坯 在 不 同 拉速下的热应 力进 行 了计算分析 ， 从 钢的 高温 力学性能出发 ， 制定 了裂纹 判断标准 ， 指 出了 在不 同拉速 条件下 铸坯产生裂纹 的危 险 。 钢 的 高温 力学性能 铸坯热应 力的计算和分析 ， 首先涉 及 到 钢的高温 力学性 能 ， 它 对铸坯内裂纹的形成有很 大影响 。 一 ，尸 钢的 高温脆性 江 一 身 【 ‘ ’ 等人认为 ， 钢可 按其温 度范围 分成 “ 个 毛 典型 的 高温脆性 区 ， 见 图 。 吕 第 脆性 区的温 度范围为熔点 一 “ ， 脆化 原因是在凝 固初 期枝状 晶界面有残余 的 钢 液 ， 在钢的晶 界上形 成液膜 。 在 外力作用 下 ， 很 容 易产生 晶界滑 移并导 致晶界断 裂 ， 这 使铸 坯在凝固前沿 形成 内裂 。 第 脆性区 的温 度范 围为 一 。 。 ， 过饱和状态 的 、 在奥 氏体晶 界上以 、 矛洲 ， 。 图 拉伸 实验 下钢的 韧 性和 变形 温度的关 系 、 、 和 化 合物 析出 ， 弓起 钢的韧 性 下降 ， 这可 能 造 成 内裂纹 的 进 一 步扩展 。 第 脆 性区的 温度范 围为 一 ， 钢 中奥氏体晶界析 出碳 化物 和氮化 物 ， 在 拉 应 力 作用 下 ， 这些 析 出物 均变成应 力集中点 ， 变形 初期沿奥氏体 晶界产生 由变形应 力弓起 的 空 隙 ， 空隙在 晶 界滑 移 、 变形作 用 下 成长 ， 加 速预先共 晶 的铁素体 沿奥氏体品 界析出 ， 由于 铁 素体的张应 力强 度 比奥 氏体小 许多倍 ， 引起 了应 力集中 ， 促 进空隙 的形 成和 成长 。 空隙在 成 长过 程 中形成 楔形 晶界裂纹 ， 铸坯 凝固初 期形成 的裂纹 核心 ， 可 能 由此得到发 展 。 钢 的成 分影 响 在凝 固温 度附近 ， 钢中 、 含量对其 力学性 能影 响很大 。 钢 中 含量 的增 加 ， 将 使其强度 变小 。 钢中 含 量从 。 。 到 大约 。 ， 强 度几 乎直线上 升 ， 超 过此值 开始 下降 。 尽 管在大约 。 写 之 下 ， 钢 的抗拉强 度最大 ， 然 而 实验 表 明 ， 这时钢最 易产生裂纹 ， 由此看出 ， 这 时 延展性 对形成 裂纹 的影 响 比强 度更大 ， 因 为 这 里塑性 延伸率为 零 。 此 外 ， 在 。一 的温 度下 ， 钢 中 比 的增 加 ， 使 钢 的 热韧 性 得 到 不 断 改 善 。 裂纹 判断 标准 在不 同的成 分 下 ， 钢的 高温 极 限强 度和断 裂应 变值略有不 同 ， 裂 纹 敏感 区一般 在凝 固温 度和低于其 左 右的温度范围 内 ， 根据文 献 〔 〕中的 有关数 据 。 选 取 极限强 度为 ， 断 裂应 变。 肠 ， 作 为判断 裂纹 产生 的标淮 。 对于双 轴 向拉伸 的情况 ， 拉 伸 极限强 度和 断 裂应 变会 下降 ， 这 时以极限强 度 ， 断 裂应 变。 作为 裂纹判断 标准 。 数 学 模 型 根据 铸坯 在凝固过程 中的变形特点 ， 本文 采用铸坯 热弹塑性应 力模型 ， 假定铸坯 在结 晶

器和以后的空冷段冷却是对称的，并按平面应力问题处理。 热弹塑性变力学性能问题由以下二式描述： d{g}=〔D(d{e}-d{e}r) 弹性区 d{o}=〔D(d{e}-d{e})+d{}, 塑性区 式中， d(e )r=Ca)+(dD/dT){a)]dT (D)-00 oldT d(o)=- df0y oT +{a}Do 多 {0}一应力 {e}一应变 〔D]一弹性矩阵 〔D门.。一弹塑性矩阵 σ一等效应力 对铸坯在求解域内离散化处理，采用有限单元法求解，见文献〔4)。 1 3铸坯热应力的计算和分析 马鞍山钢铁公司生产的水平连铸圆坯，在热试期间经常可发现中间和中心（穿透)裂 纹。究其原因，上要是由铸坯冷却过程中产生的热应力引起的。针对这种情况，本文对铸坯 在不同拉速下的温度场和热应力进行了计算分析。 铸坯的温度场是由文献〔2〕建立的非稳态导热数学模型算出的，该模型已在铸坯热试期 间得到了验证。计算中所用参数为： 拉速2.6m/min;铜结晶器长0.15m; 碳含量0.2%；石墨结晶器长0.76m; 铸坯尺寸中80mm;浇注温度1540°C; 固相线温度1450°C。 计算结果见图2。 从图2可知，有以下两个问题： ①铸坯出结晶器后表面温度回升很大。 ②凝固末期液相穴底部铸坯中心温度迅速下降。 前者会使铸坯产生中间裂纹，而后者可能引起铸坯中心裂纹，这种裂纹危害更大。下面 就这两种裂纹作进一步的分析。 (1)铸坯中间裂纹缺陷的应力计算分析 铸坯出石墨结晶器后，其凝固壳层较薄，内裂纹对温度回升非常敏感。表1给出了在不 同拉速下铸坯表面的温度回升，它随拉速的减小而加大。 27

器和 以后 的空冷段 冷却是对称 的 ， 并按 平面应 力问题处 理 。 热弹 塑 性 变 力学性能问题 由以下 二式描述 二 〔 〕 ￡ 一 ￡ 弹性 区 『 〔 〕 ， 户 ￡ 一 。 二 ， 塑 性 区 ，飞 式中 “ 〔 〔 〕 一 ‘ 〕 、 、 、 〔 〕 『 － 丁 万 丈 二 · 命 ’ 二 叮 丈， － 应 力 〔刀 〕－ 弹性矩阵 －等效 应 力 对铸坯在求解 域 内离散化处 理 ， 丈 。 － 应 变 〔 〕 。 ， － 弹塑性矩 阵 采 用 有限单元 法 求解 ， 见文 献 〔 〕 。 飞 铸坯热应力 的 计算和分析 马鞍 山钢铁 公 司生产 的水 平连铸 圆坯 ， 在热试期 间经常可发 现 中间 和 中 心 穿 透 裂 纹 。 究其原 因 ， 主要 是 由铸坯冷却过 程 中产生 的热应 力引起 的 。 针 对这 种情况 ， 本文 对铸还 在 不 同拉速 下 的温 度场和 热应 力进行 了计算分析 。 铸坯 的温 度 场 是 由文 献〔 〕建立 的非稳态导 热数学 模型算 出的 ， 该 模型 已在铸 坯热 试 期 间得到 了验证 。 计算中所用 参数 为 拉速 。 铜 结 晶器长 碳含量 石墨结 晶器长 。 铸坯尺 寸 功 浇 注温度 固相 线温度 “ 。 计算结 果 见 图 。 从 图 可 知 ， 有 以下两个向题 ① 铸 坯 出结 晶器后表面 温 度回 升很 大 。 ② 凝 固末期液相穴底部铸 坯 中心 温度迅速下 降 。 前 者会使铸坯 产生中间裂纹 ， 而 后者可能引起铸 坯 中心 裂纹 ， 这种裂纹危 害更大 。 下面 就这两 种裂 纹 作进一 步 的 分析 。 铸 坯 中间裂纹 缺陷 的应 力计算分析 铸 坯 出石墨结 晶器 后 ， 其 疑 固壳 层较 薄 ， 内裂纹对 温度回升非常敏 感 。 表 给 出 了在 不 同拉速下铸 坯 表面 的温度 回 升 ， 它随拉速的减小 而加 大

1600 1500 1400 1300 Surfacc temperature 1200 1100 ]l[aus 1000 900 0 102030405060708090100110120130 Time.s 图2拉速为2,6m/min时，圆坯表面和中心温度分布及凝壳厚度曲线 Fig.2 Relation of shell thickness,surface and center temperature of circular strand with time at the casting speed of 2.6m/min. 表1不同拉速下出结晶器后铸还表面温度回升 Table 1.The surface reheating of strand at the exit of mould with the different casting speed 令 条件1 条件2 件条3 件条4 拉速，m/min 2.3 2.6 3.0 3.2 出结品器度，℃ 928 1000 1060 1086 空冷最高湿度，℃ 1202 1239 1277 1292 最大沮度回升，℃ 274 239 217 206 图3和图4分别给出了拉速为2,3和3.2m/min时计算出的铸坯热应力和应变曲线，图 的上部分别给出了温度回升前后铸坯凝壳内的温度分布。计算中发现两个上应力方向与圆坯 的径向和切向重合。这与理论分析结果一致。由于径向应力非常小，对铸坯裂纹的影响不 大，图中只绘出了切向的热应力和应变曲线，实线表示应力，虚线表示应变。下部给出了裂 纹产生的危险区域，它是按裂纹判断标准确定的，其温度范围在固相线温度Ts到Ts一100°C 之间。此外，本文还计算了拉速为2.6、3,0m/min时的铸坏热应力和应变（图略）。 从计算的应力和应变结果看，由于表面温度回升过大，拉速即使增加到3.2m/min也有 中间裂纹产生的危险。随着拉速的下降，裂纹危险区逐渐扩大，当拉速为3.2、3.0、2.6、 2.3m/min时，铸坯裂纹危险区沿径向宽分别为3、4、6、10mm。此外，随拉速的下降铸坏 裂纹危险区向铸坯中心发展，拉速为3.2、3.0、2.6、2.3m/min时，裂纹中心距表面分别 为1.1、1.2、1.5、1.7cm,如果拉速继续下降到一定程度，就会形成贯穿铸坯中心的穿透 裂纹，后果更为严重。 28

巴﹄。 ‘ 后 召一石一。二。 一 ， 民 只 卜 司沁 一 … 口 县 。泛 。 一 几 一 」 苏 、 一 】 、 、 、 、 、 、 … ， “ 卜陈 奈一 勺 ， 肠 尸吧‘ 竺 尹 一 《 弓 ‘ 石石 助， ，‘ ， … 了丁 一 一 一 ，五二 八，乃介户口妇 ﹄曰门“ ‘ 卜︸。口。﹄国 一 ， ， 图 拉 速 为 时 ， 圆坯 表面 和 中心 温 度 分布及 凝壳厚度曲 线 ， 夕 裹 不 同拉 速 下 出结 晶 器后 铸坯 表面 通 度 回升 丫 项 目 条件 条件 件条 件 条 拉速 ， 出结晶 器 温 度 ， ℃ 空冷 最高沮 度 ， ℃ 最大 温 度回 升 ， ℃ 图 和 图 分别给出了拉速为 和 时 计算 出的铸 坏 热应 力和应 变曲线 ， 图 的上 部分别 给 出 了温 度回升前 后铸 坯 凝壳内的温 度分布 。 计算 中发 现两个 二 应 力 方向与 圆坯 的 径向和 切 向重 合 。 这与理论 分析结果一 致 。 由于径 向应 力非常小 ， 对铸坯 裂纹 的 影 响 不 大 ， 图 中只 绘 出了切 向的热应 力和应 变 曲线 ， 实线表示应 力 ， 虚 线 表示应 变 。 下 部给 出了裂 纹 产生 的危 险 区域 ， 它是按 裂纹 判断标 准确定的 ， 其温 度范围 在 固相 线温 度 到 一 。 。 之 间 。 此 外 ， 本文 还计算 了拉 速为 、 时 的铸 坯热 应 力和应 变 图略 。 从 计算的应 力和应 变结果 看 ， 由于 丧面温 度回升过 大 ， 拉速 即 使增 加 到 八 也有 中间裂纹 产生 的危险 。 随 着拉速的下降 ， 裂纹 危 险区 逐渐扩 大 ， 当拉速 为 、 。 、 、 时 ， 铸 坯裂纹 危 险区 沿径 向宽 分别为 、 、 、 。 此 外 ， 随 拉 速 的 下降 铸 坏 裂纹 危 险区 向铸 坯 中心 发展 ， 拉速为 、 。 、 、 时 ， 裂 纹 中心 即 表 面 分别 为 、 、 、 。 ， 如 果 拉速继续 下降到一定程 度 ， 就会 形 成贯 穿铸 坯 中心 的穿 透 裂纹 ， 后果 更为严重

D 1600 Before suriace reheat 1400 1600 1200 After surfoce rehea! 1400 1000 1200 Surfnee reheuung 274 'C Casting speed 2.3 m/min Afte:surface reheating 1000 0.7 Surfaee rehealing 206'C .0 0.6 Custii speed 1.i.m.n 0.5 0.4 .中F 0.4 Stress 0.3 0.3 2.0 0.2 2.0 0.2 AStrain 0,1 置 0.1 -0.1 -0.1 -2.0 -0.2 -2.0 -0.2 -0.3 $25 iialfway cracks -0.3 Halfway cracks -0.4 -0.4 6.0 0.5 1.0 1.5 -8.0 Destanee f.cm surface,cm 0 2 Distance from surface,cm 图3拉速为2,3m/min时，沿韩坏径向的温度、 图4粒速为3,2m/min时，沿铸坯径向的温度、 应力和应变曲线 吃力和应变曲线 Fig.3 Profile of temperature,stress and Fig,1 Profile of temperature,stress and strain in radial dirertion at the strain in radial direction at the casting spced of 2.3m/mir casting speed of 3.2m/min 图5给出了铸坯最大张应力和张应变与拉速的关系，以2.3一3.2m/min,随拉速的增 加，铸坯的最大张应力和张应变不断下降，在 6.0 2.3一2.6m/min的区域内，铸坯的最大张应 BdW 5.0 0.6 力和张应变随拉速衰减很快，此后逐渐平缓。 如果仅从张应力判断，只有当拉速小于 4.0 0.5 2.4m/min时，才有产生裂纹的危险，而从张 3.0 应变分析，拉速从2.3一3.2m/min都有产生 2.01 0.3 裂纹的可能，因此，引起铸坯内裂的主要因素 2.22.42.62.83.03.2 不是钢的极限强度，而是其热脆性，这与钢的 Casting speed,m/min 高温力学性能相吻合。 图5锭坯的最大张应力和张应变与拉速关系 (2)铸坯中心裂纹缺陷的应力计算和分析 Fig.5 Relation of the largest tensile 铸坯凝固未期，潜热释放完毕，在周围温 stress and strain of strand with casting speed 度梯度的作用下，液相穴底部的温度突然下 降，造成铸坯中心受张应力，而表面受压应力。从计算的温度场看，铸坯表面温降与中心温 降差别较大，见表2。拉速越小，这种差别越大，中心受张应力也越大，越易形成贯穿铸坯 中心的穿透裂纹。 图6给出了拉速为2.3m/m时，中心温降后的应力应变曲线，图上部是熔池底和中心 温降后，沿径向的铸坯温度分布曲线，下部绘出了计算的铸坯径向应力、切向应力和切向应 变，同时还绘出了中心裂纹产生的危险区域。从应力和应变分布看，它们在中心达到最大 29

了 翼于 角 ’ 比 以 卫 。 。 ‘ 劣︸山日。﹄司。 一斗 一一 一 － 十一 － 奢 卜 。三。﹄二沈‘ 民 宇﹁尸的尸比‘卜 豆 ‘ 手 ， ‘ 翌 艺 川 曰 … － － － 一 产 口沪 产 才 『 一 秒纷 尸 一 厂 、 ， 户三三王月 ‘几 钊 ’ 一 一 刁 足丈彭‘ 的︸﹄。 的一护﹄刀二叭 庚 份 ‘ 一户口户 一 少一二一 兴汰 尸 、 吕飞 ， 产尹 之 〔 ， 一 下 ‘ 日 一 。 艺 ， 洲 产 、 ’ 六 、 犷 只 才 又 ， 丫 勺 厂 洲 一 二二 三 一 ’‘“ ‘ ’ ’ “ “ “ 钊山足切的。‘记卜 二 · 飞 ， 万 图 拉 速 为 。 时 ， 沿 铸 坯径 向的 温 度 、 图 应 力和 应变曲 线 、 拉 速为 时 ， 应 力和 应 变曲 线 沿 铸坯径 向的温 度 、 三 图 给 出 了铸 坯最 大张应 力和 张应 变与 拉速的关 系 ， 爪 、 以 。 一 ， 随 拉 速 的 增 的东白叭 … 加 ， 铸 坯 的最 大张应 力和张应变不断下降 ， 在 一 的 区域内 ， 铸 坯 的最 大 张 应 力和 张应变随 拉速衰 减很 快 ， 此 后逐渐平缓 。 如果 仅 从 张 应 力 判 断 ， 只 有 当 拉 速 小 于 。 时 ， 才 有 产生裂 纹 的危 险 ， 而从张 应变分析 ， 拉速 从 一 。 都 有 产生 裂纹 的可 能 ， 因此 ， 引起铸坯 内裂的主要因 素 不是钢的极限强 度 ， 而 是其热 脆性 ， 这与 钢的 高温 力 学性 能 相吻 合 。 铸 坯 中心 裂 纹 缺陷 的应 力计算和 分析 铸 坯 凝固末期 ， 潜热释放完毕 ， 在周 围温 度梯度 的作用 下 ， 液相 穴底部的温 度 突 然 下 、 一丈 、 一 、 叫 卜 “ 、 〔 ’ 、 刃卜、 乙直 七 。 。 、 、 、 丈 昌留 比 ︸︸乃山八 村﹄的‘ ， 图 锭坯 的 最大 张应力和 张应 变与拉 速关 系 降 ， 造 成铸坯 中心 受张应 力 ， 而 表面 受压 应 力 。 从计算的 温 度场看 ， 铸坯 表面温 降与 中心温 降差 别 较大 ， 见 表 。 拉速越小 ， 这种差别越大 ， 中心 受 张 应 力也越大 ， 越 易形成贯穿铸 坯 中心 的穿透 裂 纹 。 图 给 出 了拉速为 讯 时 ， 中 』白温 降 后 的 应 力应变 曲线 ， 图上部是熔池底和 中心 温降后 ， 措 径向的铸 坯温 度分布曲线 ， 下部绘 出 了计算的铸 坯径 向应 力 、 切 向应 力和 切向应 变 ， 同时还绘 出了 中心裂纹产生 的 危险 区域 。 从 应 力和应 变分布看 ， 它 们在 中心 达 到 最 大

表2不同拉速下镜还中心温降和表面温降 Table 2 Center and surfacc tempera ture drops of strand at the different casting speed 项 日 条件1 条件2 条件3 拉速，的/min 2.3 2.6 3.0 凝固结束时中心温度，℃ 1450 1450 1450 中心沮降后温度，℃ 1310 1318 1319 中心温度降，℃ 134 132 131 诞因钻束时表面温度，℃ 1190 1205 1213 中心沼降后表面涩度，℃ 1158 1163 1165 表面温度降，℃ 32 42 48 值，而这里的温度最高，对裂纹最放感，这里张应力为3,4MP4,最大张应变为0,16%，由 于铸坯中心受双向拉伸，而且双向应力大小相同，由裂纹判断标准知，中心为铸坯裂纹危险 1600 区（宽度约为2mm),一旦中心形成裂纹核 1400t At the eud of D 心，在周围张应力的作用下，裂纹有进一步发 1200 After coulin 展的危险，如果形成中心裂纹，圆还穿管时受 1000 到张应力，会使裂纹扩展和氟化。 Center temperature drop 130'C Castung speed 2.3 m/inin 4.0 0.2 4.0 ,4 0.3 Strain 2.0 3.0 Racial stress 0.2 中 0.1 0 0.1 -0.1 2.0 fuIeJIS -2.0 -0.2 白 Tangential strain -0.3 Centreline craeks Centreline- cracks- 1. 2.02.22.42.62.83.0 2 3 Casting speed m/min Destance from surface,cm 图6拉速为2.3m/min时，中心温降1300C后， 图7 铸还中心最大张应力和张应变随拉遭的 饼坯的祖度、应力应变曲线 变化曲线 Fig.6 Profile of temperature,stress and Fig.7 Profile of the largest stress and strain for strand after 1300C coo- strain in strand center with casti- ling of center below and of pool ng speed at the casting speed of 2.3m/min. 根据计算结果，图7给出了铸坏中心最大张应力和张应变随拉速：的变化，拉速大于 2,4m/min后，曲线变化平级，张应力和张应变也不足以产生中心裂纹，这上要是拉速增 大后，铸坯中心温降和表面温降之差较小，缓和了中心温降引起的张应力。拉速小于 2.4mmin时，有产生中心裂纹的危险。 4结 论 通过对马钢水平连铸铸坯应力计算分析，得出以下结论： 30

表 不 同拉 速下 钧坯 中心 沮 降 和衰面 通 降 项 目 条件 条件 条件 。 组山，内月 户卜﹄， ﹄曰叹幼一︵ 口曰 亡比，工 」八月 二，‘ 曰‘孟，，内咬曰 内舀，妇 ﹄‘组勺五，月 八门“。﹄︸ 曰， 州，孟叼︸二立上‘ 拉速 ， 投 固结 束时 中心 温 度 ， 亡 中心温 降后温 度 ， ℃ 中心沮 度降 ， ℃ 凝 固结 束时 表面 温 度 ， 亡 中心温 降后 表面 益 度 ， 亡 表 面温 度降 ， ℃ 值 ， 而 这 里 的温度最高 ， 对 裂纹最 故感 ， 这里 张应 力为 ， 最大张应 变为 ， 由 于 铸 坯 中心 受双 向拉伸 ， 而 且 双 向应 力大 小相 同 ， 由裂纹判断 标准 知 ， 中心为铸 坯裂 纹危 险 区 宽 度约为 ， 一 旦 中心 形成 裂 纹 核 心 ， 在周围张 应 力的 作用下 ， 裂纹有 迸 一步 发 展 的 危险 ， 如 果 形成中心 裂纹 ， 圆坯穿管时 受 到 张应 力 ， 会使裂纹扩展 和 氧 化 。 卜。乙。‘‘。 艺门 护 ‘ 一的。‘ ︻己‘曰 祠‘ 岔 芝 八 佗 一 尸吧 一 圣尸 抽 户产尹 臼 曰 事二叮一 」 二二奋口口一 八 】 呵 ， 即 护 。 。 ， 一 们 显。 心 万 二 才 ，声 山 二 户一一尸 二二一一‘ 一 一七 尹浏 声 己 “ 万 曰一 一 ， 。 。 。 。 『 ， 叨卜气 一 习 一 肠 下于知 创 分 日 屯 的‘ 。 ， ， 拉速 为 。 时 ， 中心温降 后 ， 铸 坯 的 温度 、 应 力 应 变曲 线 、 图 铸坯 中心 最 大张应 力 和 张应 变随 拉 速的 变化 曲线 根 据计算结 果 ， 图 给 出了铸 坯 巾心 最 大张应 力和 张应 变随 拉 速 的 变 化 ， 拉 速 大 于 后 ， 曲线变化平缓 ， 张应 力和张应变 也不足 以产生中心裂纹 ， 这 上 要 是 拉 速 增 大 后 ， 铸 坯 中心 温降和 表面温降之差 较 小 ， 缓和 了中 心 温 降 引 起 的 张 应 力 。 拉 速 小 于 ‘ 时 ， 有 产 生 ，卜心 裂 纹 的危险 。 结 论 通过对 马钢水 平连 铸铸坯应 力计算分析 ， 得 出以下结 论

(1)铸坯出结晶器后，表面温度回升很大，拉速从2.3一3.2m/mn都有产生中间裂纹 的危险，在保证铸坯出结晶器有足够的凝壳厚度而不致拉漏的前提下，提高拉速会减缓裂纹 产生的危险，并使裂纹危险区向表面移动。 (2)铸坯完全凝固时，中心温度突然下降，表面温降相对太小会引起中心裂纹，在拉速 小于2.4m/min时，有产生中心裂纹的危险。 (3)从20*钢铸坯的应力、应变计算分析得知，引起铸坯内裂的主要原因不是其抗拉极 限强度，而是钢在凝固前沿的热脆性。 参考文献 1 Hirowo G,SUZUKI et al,Transactions of Iron and Steel Instifute of Japan.1982;22(1):48 2张凤禄，周筠请。钢铁，1986；21(12) 3 Sarimachi K,el al.Ironmaking and Steelmaking,1977;(4):240 4付军隆，硕士研究生学位论文，北京钢铁学院，1987 金川龙首矿管理信息系统总体设计与系统开发 本课题目的是依靠此系统迅速地提供准确可靠的信息，支持各级管理人员做出正确的判 断和有效的决策，从而达到预期的管理目标。通过系统研制，为金川有色金属公司建立管理 信息系统提高管理现代化水平提供经验。 研究成果包括3部分。(1)龙首矿信息需求调查、系统分析与系统设计。调查工作覆盖 19个职能部门。设计确定龙首矿信息系统包括10个子系统，65个信息过程，322个信息活动， 27个数据总库，18个文件库，321个数据实体，17个信息系统目标，8条建设原则。(2)选定 并开通了中科院计算所公司联想汉字系统支持的3+COM局域网络方案。设计确定网络规模 为：本地工作站31个，远程工作站1个，专用服务器2台，工作站机型AST/286或IBMPC/ XT。预算系统建设费用100万元。(3)龙首矿信息系统开发。在开发工作中首创并成功地实 施了“系统分析员加内函路线”的系统建设工程模式，平行开展人员培训，企业信息环境整 理，软件开发三方面的工作。至1988年10月完成系统一期工程。投资40万元，建成本地工作 站8个，服务器一台的基本网络规模，包括地测、生产、财务、科研4个子系统，开发68个 应用软件。颁布实施一批建设和使用系统的若干文件，达到了系统建设标准化、制度化和规 范化的目的。成果可直接移植应用于金川有色金属公司各企业，对其它矿山企业有重要参考 价值。系统建成后预计可降低企业成本1%~2%以上，具有推动矿山管理现代化的重要社 会效益。课题研究做了较完整的开创性工作，理论与实践难度较大，达到当今国内先进水 平。系统分析员加内涵路线的工程化系统建设模式，结合采用先进系统分析方法与全汉化系 统具有创造性，适合我国国情，系统建设快，费用经济，具有较高的实用和广价值。 31

铸坯 出结 晶器后 ， 表面温度回升很大 ， 拉速从 一 都有产生 中间裂 纹 的 危险 ， 在保证铸坯 出结 晶器有足够 的凝壳厚度而 不致拉漏的前提下 ， 提高拉速会减缓裂纹 产生 的危 险 ， 并使裂纹 危险区向表面移动 。 铸 坯 完全 凝 固时 ， 中心温度突 然下降 ， 表面温降相对太 小会 引起 中心裂纹 ， 在拉速 小 于 时 ， 有产生 中心 裂纹 的危险 。 从 钢铸 坯的应 力 、 应变计算 分析得 知 ， 引 起铸 坯内裂 的 主要 原因不是其 抗拉极 限强 度 ， 而 是钢在 凝固前沿的热脆性 。 参 考 文 献 从、 二厂 ， 。 ‘ ， 。 张 凤 禄 ， 周绮 清 钢铁 ， ， 秃 夕 ，” 吞 夕， 付 军 隆 ， 硕 士研究生学 位论文 ， 北京钢铁学院 ， 、 、 、 、 “ 卜 、 、 、 二、 卜 幸‘ “ 于 “ ‘ 二 、 、 “ 非 “ “ 、 ‘ 、 ‘ 、 二 。 、 “ 、 、 、 金 川 龙首矿 管理信息系统总体设计与系统开 发 本 课题 目的 是依靠此 系统 迅速地提供准确可 靠的信息 ， 支 持 各级 管理人 员做 出正确的翅 断 和 有效的 决策 ， 从 而达 到 预 期 的管理 目标 。 通过 系统研 制 ， 为 金 川 有色金属公 司建立 管理 信息系 统提高 管理 现代 化水 平提 供经验 。 研究 成果 包括 部分 。 龙首矿信息需求调查 、 系 统 分 析与 系统 设计 。 调 查工 作 覆 盖 个职 能部 门 。 设计 确定 龙首 矿 信息 系统 包括 个 子 系统 ， 个 信息过 程 ， 个 信息 活 动 ， 个数据总库 ， 个文 件 库 ， 个数据实体 ， 个 信息 系统 目标 ， 条建 设原则 。 选定 并开 通 了中科院计算所公 司联想 汉字系统 支持 的 十 局 域网 络方 案 。 设计确定网 络规模 为 本地工作站 个 ， 远 程工作站 个 ， 专用 服 务器 台 ， 工作站 机 型 或 。 预算系 统建 设 费用 万 元 。 龙首矿信息 系统开 发 。 在开发工 作 中首 创并成功地 实 施 了 “ 系 统 分析 员加 内涵路线 ” 的系 统建 设工程 模式 ， 平行开展 人 员培训 ， 企业信息环 境整 理 ， 软 件开发 三方面 的工 作 。 至 年 月完成系 统一期工 程 。 投资 万元 ， 建成本地 工作 站 个 ， 服 务器 一台 的基本 网 络规 模 ， 包括地 测 、 生产 、 财 务 、 科研 个子 系统 ， 开发 个 应 用软件 。 颁 布实施一批建设和 使 用 系统 的若千文 件 ， 达到 了 系统建 设标准化 、 制度化和 规 范化 的 目的 。 成果可 直接移植应 用于金 川 有色金属公 司 各企业 ， 对其它矿 山企业有重 要 参考 价 值 。 系 统建 成后预 计可 降低 企业 成本 一 以上 ， 具 有推 动犷 山管理 现代 化的重 要社 会 效益 。 课 题 研究做 了较 完整 的开 创性工 作 ， 理论与实践难 度较 大 ， 达到 当今 国 内 先 进 水 平 。 系统分析 员加 内涵路线的工程化 系统建设模式 ， 结 合 采用先进系统分析方法与全 汉化系 统 具有创造性 ， 适合 我 国 国情 ， 系统建 设快 ， 费用经济 ， 具有较 高的实 用和 孩广价值