连铸工艺参数对SWRH82B高碳钢碳偏析的影响

工程科学学报 Chinese Journal of Engineering 连铸工艺参数对SWRH82B高碳钢碳偏析的影响 吕明米小雨张朝晖支旭波冯璐 Effect of continuous-casting parameters on carbon segregation in SWRH82B high-carbon steel L Ming.MI Xiao-yu,ZHANG Zhao-hui,ZHI Xu-bo,FENG Lu 引用本文： 吕明，米小雨，张朝晖，支旭波，冯璐.连铸工艺参数对SWRH82B高碳钢碳偏析的影响.工程科学学报，2020,42(S):102- 108.doi:10.13374j.issn2095-9389.2020.03.20.s09 L Ming,MI Xiao-yu,ZHANG Zhao-hui,ZHI Xu-bo,FENG Lu.Effect of continuous-casting parameters on carbon segregation in SWRH82B high-carbon steel[J].Chinese Journal of Engineering,2020,42(S):102-108.doi:10.13374/j.issn2095- 9389.2020.03.20.s09 在线阅读View online:https::/oi.org10.13374j.issn2095-9389.2020.03.20.s09 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 连铸流动与凝固耦合模拟中糊状区系数的表征及影响 Representation and effect of mushy zone coefficient on coupled flow and solidification simulation during continuous casting 工程科学学报.2019,41(2：199htps:/1doi.org10.13374.issn2095-9389.2019.02.006 凝固末端电磁搅拌和轻压下复合技术对大方坯高碳钢偏析和中心缩孔的影响 Effect of combining F-EMS and MSR on the segregation and shrinkage cavity in continuously cast high-carbon steel blooms 工程科学学报.2017,397)：996 https::/1doi.org/10.13374斩.issn2095-9389.2017.07.004 低碳钢连铸板坯表层凝固钩的特征 Subsurface hooks in continuous casting slabs of low-carbon steel 工程科学学报.2017,392：251 https::/1doi.org10.13374j.issn2095-9389.2017.02.013 连铸坯脱氢退火数值模拟 Numerical simulation of dehydrogenation annealing in bloom 工程科学学报.2020,42(7)：862htps:1doi.org/10.13374.issn2095-9389.2020.03.16.003 超低碳钢连铸坯钩状坯壳的演变与夹杂物的捕集 Hook evolution and inclusion entrapment of ultralow-carbon steel slabs 工程科学学报.2018,40(9%：1065 https:/1oi.org10.13374.issn2095-9389.2018.09.007 长水口对连铸中间包钢液保护浇注作用的研究进展 Research progress on the role of ladle shroud in protecting molten steel during teeming in continuous-casting tundishes 工程科学学报.2020,42(8)：939 https:/1doi.org10.13374.issn2095-9389.2019.10.15.001

连铸工艺参数对SWRH82B高碳钢碳偏析的影响 吕明 米小雨 张朝晖 支旭波 冯璐 Effect of continuous-casting parameters on carbon segregation in SWRH82B high-carbon steel L Ming, MI Xiao-yu, ZHANG Zhao-hui, ZHI Xu-bo, FENG Lu 引用本文: 吕明, 米小雨, 张朝晖, 支旭波, 冯璐. 连铸工艺参数对SWRH82B高碳钢碳偏析的影响[J]. 工程科学学报, 2020, 42(S): 102- 108. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.20.s09 L Ming, MI Xiao-yu, ZHANG Zhao-hui, ZHI Xu-bo, FENG Lu. Effect of continuous-casting parameters on carbon segregation in SWRH82B high-carbon steel[J]. Chinese Journal of Engineering, 2020, 42(S): 102-108. doi: 10.13374/j.issn2095- 9389.2020.03.20.s09 在线阅读 View online: https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.20.s09 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 连铸流动与凝固耦合模拟中糊状区系数的表征及影响 Representation and effect of mushy zone coefficient on coupled flow and solidification simulation during continuous casting 工程科学学报. 2019, 41(2): 199 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.02.006 凝固末端电磁搅拌和轻压下复合技术对大方坯高碳钢偏析和中心缩孔的影响 Effect of combining F-EMS and MSR on the segregation and shrinkage cavity in continuously cast high-carbon steel blooms 工程科学学报. 2017, 39(7): 996 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.07.004 低碳钢连铸板坯表层凝固钩的特征 Subsurface hooks in continuous casting slabs of low-carbon steel 工程科学学报. 2017, 39(2): 251 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.02.013 连铸坯脱氢退火数值模拟 Numerical simulation of dehydrogenation annealing in bloom 工程科学学报. 2020, 42(7): 862 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.16.003 超低碳钢连铸坯钩状坯壳的演变与夹杂物的捕集 Hook evolution and inclusion entrapment of ultralow-carbon steel slabs 工程科学学报. 2018, 40(9): 1065 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.09.007 长水口对连铸中间包钢液保护浇注作用的研究进展 Research progress on the role of ladle shroud in protecting molten steel during teeming in continuous-casting tundishes 工程科学学报. 2020, 42(8): 939 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.10.15.001

工程科学学报.第42卷，增刊1：102-108.2020年12月 Chinese Journal of Engineering,Vol.42,Suppl.1:102-108,December 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.20.s09;http://cje.ustb.edu.cn 连铸工艺参数对SWRH82B高碳钢碳偏析的影响 吕明)，米小雨)，张朝晖)区，支旭波2，冯璐) 1)西安建筑科技大学治金工程学院，西安7100552)陕钢集团产业创新研究院有限公司.汉中7242003)西安建筑科技大学华清学院， 西安710043 ☒通信作者，E-mail:zhzhhui67@126.com 摘要高碳钢连铸生产技术工艺优化是当前连铸技术研究的主要内容之一，针对国内某钢厂SWRH82B高碳钢生产过程 中出现碳偏析、网状渗碳体组织缺陷的问题.采用数值模拟与实验相结合的方法，利用Fut软件建立了八机八流连铸机凝 固传热模型，数值模拟计算凝固传热特征：研究了八机八流连铸机在不同浇注速度、过热度和末端电磁搅拌参数条件下对 SWRH82B高碳钢铸坯碳偏析和夹杂物的影响；分析了SWRH82B高碳钢连铸过程中的主要要素与组织性能之间的关系.研 究结果表明：铸坯中心碳偏析是网状渗碳体主要诱导因素，通过调整过热度和浇注速度有利于促进钢液成分的均匀化，降低 夹杂物含量：当过热度降低至25℃，浇注速度提高至2mmi,铸坯中心平均碳偏析指数由1.17降低为1.11，索氏体化率达 到89%，网状渗碳体级别由四级下降到一级，基本消除C类夹杂物；通过设置末端电磁搅拌参数为电流370A、频率7Hz时， 碳偏析指数最低值下降到1.04，通过优化连铸生产工艺参数，解决了企业SWRH82B高碳钢生产过程中的缺陷，为高碳钢的 高质量生产提供理论与实践支撑. 关键词高碳钢：连铸：网状渗碳体：中心偏析：数值模拟 分类号TF777.3 Effect of continuous-casting parameters on carbon segregation in SWRH82B high- carbon steel LU Ming,MI Xiao-yu,ZHANG Zhao-hui,ZHI Xu-bo2),FENG Lu) 1)School of Metallurgical Engineering,Xi'an University of Architecture and Technology,Xi'an 710055,China 2)Shaanxi Iron and Steel Group Industrial Innovation Research Institute Co.Ltd.,Hanzhong 724200,China 3)School of Hua Qing,Xi'an University of Architecture and Technology,Xi'an 710043,China Corresponding author,E-mail:zhzhhui67@126.com ABSTRACT Optimization of the continuous-casting production technology for high-carbon steel is one of the most important areas of research related to the steelmaking process.This article aims to address the problems of carbon segregation and reticulated cementite defects in the production process of SWRH82B high-carbon steel in a Chinese steel plant.In this study,Fluent software was used to perform a numerical simulation combined with experimentation to establish a heat-transfer model for the solidification of an eight-strand continuous caster.We numerically calculated the heat-transfer characteristics of the solidification and studied the effect of different parameters on the carbon segregation and inclusions of SWRH82B high-carbon steel,including casting speed,degree of superheating. and final-electromagnetic stirring of the eight-strand continuous caster.We also analyzed the relationship between the main elements during the continuous-casting process of the SWRH82B high-carbon steel and its microstructure and properties.The results indicate that carbon segregation in the center of the billet was the main cause of reticulated cementite.The degree of superheating and casting speed were then optimized,which promoted the homogenization of the components of liquid steel and reduced the inclusion content.When the 收稿日期：2020-03-20

连铸工艺参数对 SWRH82B 高碳钢碳偏析的影响 吕    明1)，米小雨1)，张朝晖1) 苣，支旭波2)，冯    璐3) 1) 西安建筑科技大学冶金工程学院，西安 710055    2) 陕钢集团产业创新研究院有限公司，汉中 724200    3) 西安建筑科技大学华清学院， 西安 710043 苣通信作者，E-mail：zhzhhui67@126.com 摘    要    高碳钢连铸生产技术工艺优化是当前连铸技术研究的主要内容之一. 针对国内某钢厂 SWRH82B 高碳钢生产过程 中出现碳偏析、网状渗碳体组织缺陷的问题，采用数值模拟与实验相结合的方法，利用 Fluent 软件建立了八机八流连铸机凝 固传热模型，数值模拟计算凝固传热特征；研究了八机八流连铸机在不同浇注速度、过热度和末端电磁搅拌参数条件下对 SWRH82B 高碳钢铸坯碳偏析和夹杂物的影响；分析了 SWRH82B 高碳钢连铸过程中的主要要素与组织性能之间的关系. 研 究结果表明：铸坯中心碳偏析是网状渗碳体主要诱导因素，通过调整过热度和浇注速度有利于促进钢液成分的均匀化，降低 夹杂物含量；当过热度降低至 25 ℃，浇注速度提高至 2 m·min−1，铸坯中心平均碳偏析指数由 1.17 降低为 1.11，索氏体化率达 到 89%，网状渗碳体级别由四级下降到一级，基本消除 C 类夹杂物；通过设置末端电磁搅拌参数为电流 370 A、频率 7 Hz 时， 碳偏析指数最低值下降到 1.04. 通过优化连铸生产工艺参数，解决了企业 SWRH82B 高碳钢生产过程中的缺陷，为高碳钢的 高质量生产提供理论与实践支撑. 关键词    高碳钢；连铸；网状渗碳体；中心偏析；数值模拟 分类号    TF777.3 Effect  of  continuous-casting  parameters  on  carbon  segregation  in  SWRH82B  high￾carbon steel LÜ Ming1) ，MI Xiao-yu1) ，ZHANG Zhao-hui1) 苣 ，ZHI Xu-bo2) ，FENG Lu3) 1) School of Metallurgical Engineering, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an 710055, China 2) Shaanxi Iron and Steel Group Industrial Innovation Research Institute Co. Ltd., Hanzhong 724200, China 3) School of Hua Qing, Xi’an University of Architecture and Technology, Xi’an 710043, China 苣 Corresponding author, E-mail: zhzhhui67@126.com ABSTRACT    Optimization of the continuous-casting production technology for high-carbon steel is one of the most important areas of research related to the steelmaking process. This article aims to address the problems of carbon segregation and reticulated cementite defects in the production process of SWRH82B high-carbon steel in a Chinese steel plant. In this study, Fluent software was used to perform a numerical simulation combined with experimentation to establish a heat-transfer model for the solidification of an eight-strand continuous  caster.  We  numerically  calculated  the  heat-transfer  characteristics  of  the  solidification  and  studied  the  effect  of  different parameters on the carbon segregation and inclusions of SWRH82B high-carbon steel, including casting speed, degree of superheating, and final-electromagnetic stirring of the eight-strand continuous caster. We also analyzed the relationship between the main elements during the continuous-casting process of the SWRH82B high-carbon steel and its microstructure and properties. The results indicate that carbon segregation in the center of the billet was the main cause of reticulated cementite. The degree of superheating and casting speed were then optimized, which promoted the homogenization of the components of liquid steel and reduced the inclusion content. When the 收稿日期: 2020−03−20 工程科学学报，第 42 卷，增刊 1：102−108，2020 年 12 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 42, Suppl. 1: 102−108, December 2020 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.03.20.s09; http://cje.ustb.edu.cn

吕明等：连铸工艺参数对SWRH82B高碳钢碳偏析的影响 ·103· degree of superheating was reduced to 25 C and the casting speed was increased to 2 m'min,the carbon segregation index of the billet was reduced from 1.17 to 1.11,the sorbite rate was 89%,the cementite network grade decreased from 4 to 1,and the C inclusions were substantially eliminated.When the end electromagnetic stirring current was set to 370 A and the frequency to 7 Hz,the carbon segregation index decreased to its lowest value of 1.04.The defects occurring in the production process of SWRH82B high-carbon steel were addressed by optimizing the continuous-casting process parameters,which provides theoretical and practical support for the high- quality production of high-carbon steel. KEY WORDS high-carbon steel;continuous casting:cementite network;center segregation;numerical simulation SWRH82B高碳钢主要用于制造高强度低松弛 果表明过热度为(20吐5)℃，拉速为2.5mmin条件 预应力钢丝和钢绞线，广泛运用于水泥制品、桥 下，铸坯质量显著提高：苏旺等w通过建立l60mm× 梁、高层建筑、高速公路、核电站等领域-)预应 l60mm方坯连铸凝固末端电磁搅拌(Solidified 力钢饺线拉拔生产过程中应变量大，为避免拉拔过 end electromagnetic stirring,F-EMS)过程的数学模 程中发生脆断，对盘条原始成分均匀性、纯洁度、 型，研究了电流强度对凝固前沿钢液最大搅拌速 组织均匀性和非金属夹杂物的数量提出较高的要 度的影响规律，结果表明电流为380A,频率为6Hz, 求：同时82B高碳钢小方坯碳质量分数高达0.82%， 铸坯中心碳偏析为1.04 连铸过程中，两相区宽且凝固时间长，冷却缓慢，铸 本文根据国内某钢厂生产SWRH82B过程中 坯中心碳偏析严重，易形成沿品界析出的网状渗碳 碳偏析严重、网状渗碳体组织缺陷的问题，通过建 体问在拉伸受力过程中，网状渗碳体使晶粒分裂， 立八机八流中间包凝固传热模型，数值模拟计算 削弱品粒之间的结合力，铸坯容易沿品界断裂，因 凝固传热特征，研究过热度、浇注速度及末端电磁 此应在连铸过程中减少铸坯非金属夹杂物数量、提 搅拌参数对铸坯碳偏析的影响，优化连铸生产工 高钢水的洁净度和改善铸坯中心碳偏析68】 艺参数，为SWRH82B高碳钢盘条高质量生产提供 目前已有较多有关抑制高碳钢的网状渗碳体 理论与实践支撑 的研究，如通过添加Al、Cr、Co等合金元素，抑制 1SWRH82B高碳钢生产工艺分析 共析渗碳体的形成，且有细化珠光体的效果，但合 金成本较高，不利于低成本大规模生产例：通过施 某钢厂生产SWRH82B高碳钢的工艺路线为 加强磁场处理技术，减少共析渗碳体数量，增加珠 l20t转炉一→钢包精炼炉(Ladle furnace,.LF)→l50mm× 光体间距层，但技术的不成熟性限制了该方法在 150mm方坯连铸→加热→轧制.轧制工艺开轧温 工业生产中的应用0在动态的连铸过程中，钢水 度控制在(980±30)℃，进精轧前温度(920±10)℃， 流动及传热的过程复杂而不稳定山，传统实验方 进入减定径机组前温度(900士10)℃，吐丝温度 法受工业限制很难对凝固过程进行实验研究，因 (865±15)℃.表1是连铸机主要性能参数，表2为 此采用数值模拟技术研究连铸凝固过程成为重要 SWRH82B高碳钢盘条成分 研究方法.Zeng等利用Procast软件对82B方坯 针对82B试样缺陷分别选取不同批次试样， 连铸过程中凝固组织宏观偏析进行数学模拟，结 对铸坯成分、夹杂物、铸坯偏析进行理化分析.经 果表明低拉速有利于改善碳偏析：张志祥等1利 失效15d后抗拉强度控制在1200MPa以上，断后 用Procast软件对37Mn5钢连铸过程进行数值模 伸长率17%以上，断面收缩率35%以上，检测结 拟，从铸坯表面温度、坯壳厚度、液芯厚度三方面 果符合企业指标，说明企业轧钢工艺符合产品力 研究了拉速和过热度对铸坯质量的影响，模拟结 学要求.其力学性能见表3 表1.连铸机主要参数 Table 1 Main parameters of continuous-casting machine Caster type Flow number Radius/m Metallurgical length /m Flow spacing/mm Arc 8 10 30.6 1250 Lengths/mm Casting speeds/(mmin) Electromagnetic stirring Straightening method Slab cooling mode 6000-12000 3.2 F-EMS Continuous straightening Water-cooling air-vapor cooling

degree of superheating was reduced to 25 ℃ and the casting speed was increased to 2 m·min−1, the carbon segregation index of the billet was reduced from 1.17 to 1.11, the sorbite rate was 89%, the cementite network grade decreased from 4 to 1, and the C inclusions were substantially  eliminated.  When  the  end  electromagnetic  stirring  current  was  set  to  370  A  and  the  frequency  to  7  Hz,  the  carbon segregation index decreased to its lowest value of 1.04. The defects occurring in the production process of SWRH82B high-carbon steel were addressed by optimizing the continuous-casting process parameters, which provides theoretical and practical support for the high￾quality production of high-carbon steel. KEY WORDS    high-carbon steel；continuous casting；cementite network；center segregation；numerical simulation SWRH82B 高碳钢主要用于制造高强度低松弛 预应力钢丝和钢绞线，广泛运用于水泥制品、桥 梁、高层建筑、高速公路、核电站等领域[1−3] . 预应 力钢绞线拉拔生产过程中应变量大，为避免拉拔过 程中发生脆断，对盘条原始成分均匀性、纯洁度、 组织均匀性和非金属夹杂物的数量提出较高的要 求[4] ；同时 82B 高碳钢小方坯碳质量分数高达 0.82%， 连铸过程中，两相区宽且凝固时间长，冷却缓慢，铸 坯中心碳偏析严重，易形成沿晶界析出的网状渗碳 体[5] . 在拉伸受力过程中，网状渗碳体使晶粒分裂， 削弱晶粒之间的结合力，铸坯容易沿晶界断裂，因 此应在连铸过程中减少铸坯非金属夹杂物数量、提 高钢水的洁净度和改善铸坯中心碳偏析[6−8] . 目前已有较多有关抑制高碳钢的网状渗碳体 的研究，如通过添加 Al、Cr、Co 等合金元素，抑制 共析渗碳体的形成，且有细化珠光体的效果，但合 金成本较高，不利于低成本大规模生产[9] ；通过施 加强磁场处理技术，减少共析渗碳体数量，增加珠 光体间距层，但技术的不成熟性限制了该方法在 工业生产中的应用[10] . 在动态的连铸过程中，钢水 流动及传热的过程复杂而不稳定[11] ，传统实验方 法受工业限制很难对凝固过程进行实验研究，因 此采用数值模拟技术研究连铸凝固过程成为重要 研究方法. Zeng 等[12] 利用 Procast 软件对 82B 方坯 连铸过程中凝固组织宏观偏析进行数学模拟，结 果表明低拉速有利于改善碳偏析；张志祥等[13] 利 用 Procast 软件对 37Mn5 钢连铸过程进行数值模 拟，从铸坯表面温度、坯壳厚度、液芯厚度三方面 研究了拉速和过热度对铸坯质量的影响，模拟结 果表明过热度为 (20±5) ℃，拉速为 2.5 m∙min−1 条件 下，铸坯质量显著提高；苏旺等[14] 通过建立 160 mm× 160 mm 方坯连铸凝固末端电磁搅拌 （ Solidified end electromagnetic stirring, F-EMS）过程的数学模 型，研究了电流强度对凝固前沿钢液最大搅拌速 度的影响规律，结果表明电流为 380 A，频率为 6 Hz， 铸坯中心碳偏析为 1.04. 本文根据国内某钢厂生产 SWRH82B 过程中 碳偏析严重、网状渗碳体组织缺陷的问题，通过建 立八机八流中间包凝固传热模型，数值模拟计算 凝固传热特征，研究过热度、浇注速度及末端电磁 搅拌参数对铸坯碳偏析的影响，优化连铸生产工 艺参数，为 SWRH82B 高碳钢盘条高质量生产提供 理论与实践支撑. 1    SWRH82B 高碳钢生产工艺分析 某钢厂生产 SWRH82B 高碳钢的工艺路线为 120 t 转炉→钢包精炼炉(Ladle furnace, LF)→150 mm× 150 mm 方坯连铸→加热→轧制. 轧制工艺开轧温 度控制在 (980±30) ℃，进精轧前温度 (920±10) ℃， 进入减定径机组前温 度 (900±10) ℃ ，吐丝温 度 (865±15) ℃. 表 1 是连铸机主要性能参数，表 2 为 SWRH82B 高碳钢盘条成分. 针对 82B 试样缺陷分别选取不同批次试样， 对铸坯成分、夹杂物、铸坯偏析进行理化分析. 经 失效 15 d 后抗拉强度控制在 1200 MPa 以上，断后 伸长率 17% 以上，断面收缩率 35% 以上，检测结 果符合企业指标，说明企业轧钢工艺符合产品力 学要求. 其力学性能见表 3. 表 1 连铸机主要参数 Table 1 Main parameters of continuous-casting machine Caster type Flow number Radius / m Metallurgical length / m Flow spacing / mm Arc 8 10 30.6 1250 Lengths / mm Casting speeds / (m∙min−1) Electromagnetic stirring Straightening method Slab cooling mode 6000‒12000 3.2 F-EMS Continuous straightening Water-cooling + air-vapor cooling 吕    明等： 连铸工艺参数对 SWRH82B 高碳钢碳偏析的影响 · 103 ·

104 工程科学学报.第42卷，增刊1 表282B盘条化学成分（质量分数） 由图1(a)可知，盘条中间部位存在硅酸盐非 Table 2 Chemical composition of 82B wire rods % 金属夹杂物，夹杂物为C类细2.5级；由图1(b)可 C Si Mn P Cr 知盘条中心组织为铁素体+珠光体+索氏体，索氏 0.82 0.23 0.75 0.005 0.016 0.258 体体积分数在88%~89%，索氏体保持良好，即说 明轧线工艺控制良好；由图1(c)可知试样中心存 表382B试样的力学性能 在四级网状渗碳体.选取存在网状渗碳体的试样， Table3 Mechanical properties of 82B samples 按照图2的方法进行取样，采取横身切片钻孔的 Sample Tensile strength/Elongation after Area reduction/ 方法，用碳硫分析仪对试样进行化验分析，碳偏 MPa fracture/% 9 析指数按式(1)计算，铸坯中心平均碳偏析指数高 Sample 1 1200 18 41 达1.17，偏析指数见表4. Sample2 1230 17 33 4w5(C) Sample3 1220 19 37 碳偏析指数= (1) w1(C)+w2(C)+w3(C)+w4(C) Sample4 1200 18 34 式中：w1(C)~w(C)为钻孔取样点1~5（图2）的碳 Sample5 1210 17 36 质量分数. a (b) (c) Silicate 100μm 20m 20m 图1SWRH82B盘条试样显微组织.(a)非金属夹杂物：(b)索氏体：(c)网状渗碳体 Fig.1 Microstructures of the SWRH82B wire-rod samples:(a)non-metallic inclusion;(b)sorbate;(c)cementite network 表4碳偏析指数 Table 4 Carbon segregation index Sample Sample 1 Sample 2 Sample 3 Sample 4 Sample 5 Segregation index 1.15 1.17 1.18 1.17 1.16 5 (2)数值模拟过程中忽略渣系和包壁厚度； (3)数值模拟过程辐射散热转化为钢液导热 散热方式； (4)钢液密度、黏度等物理参数均为常数； (5)假设初始阶段钢液夹杂物均匀分布，且在 钢液内的体积不变 图2钻孔取样分布 2.2控制方程 Fig.2 Drill-hole sampling distribution 钢液在中间包内的流动是一个复杂的湍流流 2数值模拟 动过程，可以用连续性方程、动量方程(Navier- Stokes)和能量方程作为控制模型，运用-e多相 2.1模型假设 方程的湍流模型和VOF界面处理模型8-四，从而 对连铸过程八机八流中间包数学模型进行以 直观观察钢液速度、密度、温度场云图 下假设67， 2.2.1连续性方程 (1)钢液流动视为黏性不可压缩流体的稳态 a(pvi) =0 (2) 流动；

由图 1（a）可知，盘条中间部位存在硅酸盐非 金属夹杂物，夹杂物为 C 类细 2.5 级；由图 1（b）可 知盘条中心组织为铁素体+珠光体+索氏体，索氏 体体积分数在 88%～89%，索氏体保持良好，即说 明轧线工艺控制良好；由图 1（c）可知试样中心存 在四级网状渗碳体. 选取存在网状渗碳体的试样， 按照图 2 的方法进行取样，采取横身切片钻孔的 方法，用碳硫分析仪对试样进行化验分析[15] ，碳偏 析指数按式（1）计算，铸坯中心平均碳偏析指数高 达 1.17，偏析指数见表 4. 碳偏析指数= 4w5 (C) w1 (C)+w2 (C)+w3 (C)+w4 (C) （1） 式中：w1 (C)～w5 (C) 为钻孔取样点 1～5（图 2）的碳 质量分数. 2    数值模拟 2.1    模型假设 对连铸过程八机八流中间包数学模型进行以 下假设[16−17] ： （1）钢液流动视为黏性不可压缩流体的稳态 流动； （2）数值模拟过程中忽略渣系和包壁厚度； （3）数值模拟过程辐射散热转化为钢液导热 散热方式； （4）钢液密度、黏度等物理参数均为常数； （5）假设初始阶段钢液夹杂物均匀分布，且在 钢液内的体积不变. 2.2    控制方程 钢液在中间包内的流动是一个复杂的湍流流 动过程 ，可以用连续性方程、动量方程（ Navier￾Stokes）和能量方程作为控制模型，运用 κ–ε 多相 方程的湍流模型和 VOF 界面处理模型[18−22] ，从而 直观观察钢液速度、密度、温度场云图. 2.2.1    连续性方程 ∂(ρvi) ∂xi = 0 （2） 表 2    82B 盘条化学成分（质量分数） Table 2    Chemical composition of 82B wire rods % C Si Mn S P Cr 0.82 0.23 0.75 0.005 0.016 0.258 表 3    82B 试样的力学性能 Table 3    Mechanical properties of 82B samples Sample Tensile strength / MPa Elongation after fracture / % Area reduction / % Sample 1 1200 18 41 Sample 2 1230 17 33 Sample 3 1220 19 37 Sample 4 1200 18 34 Sample 5 1210 17 36 表 4    碳偏析指数 Table 4    Carbon segregation index Sample Sample 1 Sample 2 Sample 3 Sample 4 Sample 5 Segregation index 1.15 1.17 1.18 1.17 1.16 100 μm 20 μm 20 μm (a) Silicate 441 μm 227 μm (b) (c) 图 1    SWRH82B 盘条试样显微组织. （a）非金属夹杂物；（b）索氏体；（c）网状渗碳体 Fig.1    Microstructures of the SWRH82B wire-rod samples: (a) non-metallic inclusion; (b) sorbate; (c) cementite network 5 1 4 2 3 图 2    钻孔取样分布 Fig.2    Drill-hole sampling distribution · 104 · 工程科学学报，第 42 卷，增刊 1

吕明等：连铸工艺参数对SWRH82B高碳钢碳偏析的影响 105· 2.2.2动量方程(Navier-Stokes) 上的速度分量 2.3几何模型网格划分 a(pvivj)ap,a (3) 图3为八机八流中间包实体图与模拟图，实体 图与模拟图按照1000：1比例进行建模，八机八流 式中：p为流体密度，kmm3:、,为流体速度矢 中间包通过有限元法基于Gambit软件进行网格划 量，ms;i,j为坐标轴方向；P为压力，Pa;4er为湍 分，最终划分成若干小体积后以小网格为单位进 流有效黏性系数，Pas,由动力黏度山与湍流黏度 行迭代计算.中间包的网格数主要取决于对网格 山求和得到，见式(5)： 数量和单个网格尺寸的设定，网格总数为4.2×10 N =pC (4) (b) pCws (5) 式中：K为湍动能，m2s2;e为湍动能耗散率；C为 经验常数，取值0.09. 2.2.3湍动能r方程 钢液液面的波动剧烈，模拟过程选择湍流模 图3八机八流中间包.(a)实体图：(b)模拟图 型，K方程是精确的方程，ε方程是由经验公式导出 Fig.3 8-machine 8-strand tundish:(a)photograph;(b)simulation 的方程 diagram pvik-Het.Ok 3数值模拟结果分析 =Gx-p8 (6) 本文主要从过热度、中间包浇注拉速、电磁搅 式中：σx为K的湍流普朗常数，取值1.0；Gx为速度 拌参数三个方面对降低82B成分偏析和夹杂物进 梯度产生的湍动能，由下式确定： 行分析. ovj ovi dvj Gx=xiaxj0x (7) 3.1浇注速度对碳偏析含量的影响 当过热度为25℃，中间包浇注速度分别为 2.2.4湍动能耗散率s方程 1.0、2.0和2.5mmin,对中间包温度场、夹杂物体 C18Gx-C2p82 (8) 积分数和流场的影响见图4所示（横坐标表示距 e dxi 中间包底部垂直距离).从图4(a)、图4(b)可知， 式中：σe为ε的湍流普朗常数，取值1.3.以上公式 不同浇注速度的中间包温度场和钢液中夹杂物含 中Ci、C2、Cuok、oe均为经验常数，采用Spalding 量基本不变，中间包入口位置温度最低且夹杂物 和Launder提出的k-e的双方称模型推荐值，见 含量最高，但是在2.0mmin时，距离中间包底部 表5 0.85m处夹杂物含量低于1.0mmin和2.5mmin 表5标准-心双方程模型中的经验系数 时的夹杂物含量.由图4(c)可知，以2.0mmin经 过一段时间的浇注后，中间包内钢液速度变化量最 Table 5 Empirical coefficient values in the standard k-c dual- equation model 大，中间包注入速度的大小直接影响液面上升的 C C C2 e 快慢，注入速度越大钢液中夹杂物的去除率越高 0.09 1.44 1.92 1.0 1.3 32过热度对碳偏析含量的影响 基于高碳钢凝固传热特征，控制中间包钢水 2.2.5能量方程 浇注速度与过热度变得尤为重要21，在高碳钢生 产实践中，采用相对低的过热度与高浇注速度，促 进钢液内夹杂物上浮排除，钢液组分更均匀化，成 (9) 分更纯净化，更有利于铸坯连铸凝固；过热度加上 浇注速度和钢水在结晶器的停留时间的综合作 式中：Kr称为湍流热扩散系数；Cp为定压热容， 用，对坯壳厚度影响极大，中间包钢水过热度愈 Jkg.℃；T为温度，K;4、以、w为沿x、y、z方向 低，铸坯断面上产生的细等轴晶区愈大，偏析所占

2.2.2    动量方程（Navier-Stokes） ∂ ( ρvivj ) ∂x j = − ∂P ∂xi + ∂ ∂xj [ µeff ( ∂vi ∂x j + ∂v j ∂xi )] （3） 式中：ρ 为流体密度，km∙m−3 ；vi、vj 为流体速度矢 量，m∙s−1 ；i，j 为坐标轴方向；P 为压力，Pa；μeff 为湍 流有效黏性系数，Pa·s，由动力黏度 μj 与湍流黏度 μt 求和得到，见式（5）： µt = ρCµ κ 2 ε （4） µeff = µj +µt = µj +ρCµ κ 2 ε （5） 式中：κ 为湍动能，m Cµ 2 ∙s−2 ；ε 为湍动能耗散率； 为 经验常数，取值 0.09. 2.2.3    湍动能 κ 方程 钢液液面的波动剧烈，模拟过程选择湍流模 型，κ 方程是精确的方程，ε 方程是由经验公式导出 的方程. ∂ ∂xi [ ρviκ− µeff σκ · ∂κ ∂xi ] = Gκ −ρε （6） 式中：σκ为 κ 的湍流普朗常数，取值 1.0；Gκ 为速度 梯度产生的湍动能，由下式确定： Gκ = µt · ∂vj ∂xi · [ ∂vi ∂xj + ∂v j ∂xi ] （7） 2.2.4    湍动能耗散率ε方程 ∂ ∂xi ( ρvi − µeff σe · ∂ε ∂xi ) = ( C1εGκ −C2ρε2 ) κ （8） σe ε σκ σe 式中： 为 的湍流普朗常数，取值 1.3. 以上公式 中 C1、C2、Cμ、 、 均为经验常数，采用 Spalding 和 Launder 提出的 κ– ε 的双方称模型推荐值，见 表 5. 2.2.5    能量方程 PCp ( u ∂T ∂x +v ∂T ∂y +w ∂T ∂z ) = ∂ ∂x ( Keff ∂T ∂x ) + ∂ ∂y ( Keff ∂T ∂y ) + ∂ ∂z ( Keff ∂T ∂z ) （9） 式中：Keff 称为湍流热扩散系数； Cp 为定压热容， J·kg−1 ·℃−1 ；T 为温度，K；u、v、w 为沿 x、y、z 方向 上的速度分量. 2.3    几何模型网格划分 图 3 为八机八流中间包实体图与模拟图，实体 图与模拟图按照 1000∶1 比例进行建模，八机八流 中间包通过有限元法基于 Gambit 软件进行网格划 分，最终划分成若干小体积后以小网格为单位进 行迭代计算. 中间包的网格数主要取决于对网格 数量和单个网格尺寸的设定，网格总数为 4.2×105 . 3    数值模拟结果分析 本文主要从过热度、中间包浇注拉速、电磁搅 拌参数三个方面对降低 82B 成分偏析和夹杂物进 行分析. 3.1    浇注速度对碳偏析含量的影响 当过热度为 25 ℃ ，中间包浇注速度分别为 1.0、2.0 和 2.5 m∙min−1，对中间包温度场、夹杂物体 积分数和流场的影响见图 4 所示（横坐标表示距 中间包底部垂直距离）. 从图 4（a）、图 4（b）可知， 不同浇注速度的中间包温度场和钢液中夹杂物含 量基本不变，中间包入口位置温度最低且夹杂物 含量最高，但是在 2.0 m∙min−1 时，距离中间包底部 0.85 m 处夹杂物含量低于 1.0 m∙min−1 和 2.5 m∙min−1 时的夹杂物含量. 由图 4（c）可知，以 2.0 m∙min−1 经 过一段时间的浇注后，中间包内钢液速度变化量最 大，中间包注入速度的大小直接影响液面上升的 快慢，注入速度越大钢液中夹杂物的去除率越高. 3.2    过热度对碳偏析含量的影响 基于高碳钢凝固传热特征，控制中间包钢水 浇注速度与过热度变得尤为重要[23] ，在高碳钢生 产实践中，采用相对低的过热度与高浇注速度，促 进钢液内夹杂物上浮排除，钢液组分更均匀化，成 分更纯净化，更有利于铸坯连铸凝固；过热度加上 浇注速度和钢水在结晶器的停留时间的综合作 用，对坯壳厚度影响极大，中间包钢水过热度愈 低，铸坯断面上产生的细等轴晶区愈大，偏析所占 表 5    标准 κ–ε 双方程模型中的经验系数 Table 5    Empirical  coefficient  values  in  the  standard κ– ε dual￾equation model Cμ C1 C2 σκ σe 0.09 1.44 1.92 1.0 1.3 (a) (b) X Y Z 图 3    八机八流中间包. （a）实体图；（b）模拟图 Fig.3     8-machine  8-strand  tundish:  (a)  photograph;  (b)  simulation diagram 吕    明等： 连铸工艺参数对 SWRH82B 高碳钢碳偏析的影响 · 105 ·

106 工程科学学报.第42卷，增刊1 1788 0.00832 (a) (b) 1786 0.00830 1784 1782 cse ■1.0mmin 0.00824 。2.0mmin- ▲2.5mmin 香8ce 目1m6 1774 0.051s 1772 毫000816/ ■1.0mmin 。2.0mmin-l 0.00814 ▲2.5mmin 1770 0.00812 0.8 1.01.21.41.61.82.02.2 0.81.01.21.41.61.82.02.2 Distance from the bottom of the tundish/m Distance from the bottom of the tundish/m 0.0030 (c) 0.0025 >0.0020 0.0015 ■1.0mmin- 0.0010 ●2.0mmin ▲2.5m'min 0.0005 0 0.81.0121.41.61.82.02.2 Distance from the bottom of the tundish/m 图4不同拉速对(a)温度场、(b)夹杂物体积分数含量、(c)流场的影响 Fig.4 Effects of different pulling speeds on(a)temperature field,(b)inclusion content,and(c)flow field 面积减小，偏析区间较小：但当过热度低于15℃ 2mmin,研究了过热度由40℃降低至5、15、 时，容易发生水口结瘤等生产事故，影响钢水顺利 25℃时流速及对夹杂物的影响，对应的钢水浇注 浇注：当过热度在30~40℃时两相区温度梯度较 温度分别为1751、1761和1771K,由图5可知，过 大，柱状晶发达且生长过程中枝干较纯，枝晶偏析 热度25℃时中间包内钢液流速变化量相比5℃ 较严重，在热应力作用下偏析区域延伸，加大了偏 和15℃时大，钢液内夹杂物含量低.当过热度小 析区间宽度 于25℃，随着浇注温度的升高，中间包内钢液流 因此将八机八流中间包浇注速度设定为 动性增强，促使夹杂物流动上浮去除.因此将目标 0.08 0.08 0.07 (a) 0.07 (b) 0.06 0.06 0.05 0.05 ■5℃ ■5℃ 0.04 ◆15℃ 0.04 15℃ 0.03 425℃ 0.03 ▲25℃ 0.02 0.02 0.01 0.01 0 0 0.01 -0.01 0.81.01.21.41.61.82.02.2 0.81.01.21.41.61.82.02.2 Distance from the bottom of the tundish/m Distance from the bottom of the tundish/m 图5不同过热度对(a)中间包速度场和(b)夹杂物体积分数的影响 Fig.5 Effects of different degrees of superheating on(a)tundish velocity field and(b)inclusion content

面积减小，偏析区间较小[24] ；但当过热度低于 15 ℃ 时，容易发生水口结瘤等生产事故，影响钢水顺利 浇注；当过热度在 30～40 ℃ 时两相区温度梯度较 大，柱状晶发达且生长过程中枝干较纯，枝晶偏析 较严重，在热应力作用下偏析区域延伸，加大了偏 析区间宽度[25] . 因此将八机八流中间包浇注速度设定为 2  m∙min−1，研究了过热度 由 40 ℃ 降 低 至 5、 15、 25 ℃ 时流速及对夹杂物的影响，对应的钢水浇注 温度分别为 1751、1761 和 1771 K，由图 5 可知，过 热度 25 ℃ 时中间包内钢液流速变化量相比 5 ℃ 和 15 ℃ 时大，钢液内夹杂物含量低. 当过热度小 于 25 ℃，随着浇注温度的升高，中间包内钢液流 动性增强，促使夹杂物流动上浮去除. 因此将目标 0.8 1.0 1.2 1.0 m·min−1 (a) 2.0 m·min−1 2.5 m·min−1 1.4 Distance from the bottom of the tundish/m Temperature/K 1.6 1.8 2.0 2.2 1788 1784 1786 1782 1780 1778 1776 1774 1772 1770 0.8 1.0 1.2 1.0 m·min−1 (b) 2.0 m·min−1 2.5 m·min−1 1.4 Distance from the bottom of the tundish/m Inclusion volume fraction/ % 1.6 1.8 2.0 2.2 0.00832 0.00828 0.00830 0.00826 0.00824 0.00822 0.00820 0.00818 0.00816 0.00814 0.00812 0.8 1.0 1.2 1.0 m·min−1 (c) 2.0 m·min−1 2.5 m·min−1 1.4 Distance from the bottom of the tundish/m Flow rate/(m·s−1 ) 1.6 1.8 2.0 2.2 0.0030 0.0020 0.0025 0.0015 0.0010 0.0005 0 图 4    不同拉速对（a）温度场、（b）夹杂物体积分数含量、（c）流场的影响 Fig.4    Effects of different pulling speeds on (a) temperature field, (b) inclusion content, and (c) flow field 0.8 1.0 1.2 5 ℃ (a) 15 ℃ 25 ℃ 1.4 Distance from the bottom of the tundish/m Flow rate/(m·s−1 ) 1.6 1.8 2.0 2.2 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 −0.01 0.8 1.0 1.2 5 ℃ (b) 15 ℃ 25 ℃ 1.4 Distance from the bottom of the tundish/m Inclusion volume fraction/ % 1.6 1.8 2.0 2.2 0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 −0.01 图 5    不同过热度对（a）中间包速度场和（b）夹杂物体积分数的影响 Fig.5    Effects of different degrees of superheating on (a) tundish velocity field and (b) inclusion content · 106 · 工程科学学报，第 42 卷，增刊 1

吕明等：连铸工艺参数对SWRH82B高碳钢碳偏析的影响 107 过热度优化为25℃ (a) (b) 3.3末端电磁搅拌对碳偏析的影响 凝固末端电磁搅拌技术(F-EMS)主要作用在 凝固末端的模糊区，在感应电磁力的作用下，带动 糊状区钢液流动，有效消除品界塔桥和选分结晶 造成的钢液各元素含量不均现象，从而减轻铸坯 20 mm 20mm 中心偏析)考虑到八机八流中间包的对称性，选 取1~5流作为研究对象.图6为末端电磁搅拌电 图7工艺参数(a)调整前和(b)调整后的铸坯低倍图 Fig.7 Low-magnification maps of slab(a)before and (b)after adjusting 流370A、频率7Hz与末端电磁搅拌电流400A、频 process parameters 率18Hz和电流500A、频率15Hz下碳偏析指数 的实验对比山末端电磁搅拌电流降低到370A、 (a) (b) 频率调整到7Hz,碳偏析指数整体降低，最低值降 至1.04，但平均碳偏析指数仍高达1,1，调整末端电 磁搅拌参数对铸坯碳偏析指数作用不明显，仍需 464m 要进一步验证 200m 200m 1.24 1.22 图8工艺参数(a)调整前和(b)调整后的铸坯金相图 1.20 Fig.8 Metallography of billet(a)before and (b)after adjusting process 1.18 parameters 1.16 1.14 碳钢产品出现网状渗碳体的主要诱因. 1.10 (2)降低中间包钢水过热度和提高浇注速度， 三1.08 中间包内速度变化显著，促进钢液内夹杂物上浮 1.06 --370 A 7 Hz ◆400A18Hz 去除，有利于铸坯成分均匀化，降低C类夹杂物含量 1.04 -500A15Hz 1.02 (3)通过工艺参数调整，铸坯中心平均碳偏析 1.00 3 4 指数由1.17降低为1.11，网状渗碳体级别从四级 Flow number 下降至一级.当末端电磁搅拌参数为电流370A、 图6末端电磁搅拌参数对连铸坯碳偏析指数的影响 频率7Hz时，碳偏析指数相对控制较好；不过仍需 Fig.6 Drill effect of F-EMS parameters on the carbon segregation 要进一步验证其他参数是否最佳. indexes at the center of the billets 3.4连铸工艺参数调整铸坯质量分析 参考文献 综合以上分析，确定82B连铸工艺参数：过热 [1]Li P,Wang L,Zhou Q F.Formation reasons and countermeasures 度为25℃，浇注速度2.0mmin,末端电磁搅拌参 of cementite network in the center of 82B wire rods.J Iron Steel 数为370A、7Hz.通过金相显微镜分析可知，铸坯 Res,2014,26(9):33 (李平，王雷，周青峰.82B中心网状渗碳体产生原因及改善方法 中心缩孔明显减少，表面点状偏析点稀松，铸坯组 钢铁研究学报，2014,26(9)：33) 织中心偏析从864um降低至464m,网状渗碳体 [2] Zhang Y Y,Liu JH.Su XF,et al.Cleanliness study of SWRH82B 级别从四级下降到一级，C类夹杂物含量明显降 hard wire steel produced by BOF-LF-CC processes.Chin J Eng, 低，铸坯中心平均碳偏析指数由117降低为1.11， 2016,38(Suppl1)160 见图7和图8所示 (张游游，刘建华，苏晓峰，等.BOF-LF-CC生产SWRH82B硬线 钢的洁净度研究.工程科学学报，2016,38（增刊1上160） 4结论 [3] Zhang J Q,Liang Y L,Xiang S,et al.Effect of heat treatment 本文研究了不同过热度、浇注速度、凝固末端 process on microstructure and mechanical properties of SWRS82B wire rod.Ady Mater Res,2010,97-101:752 电磁搅拌参数对铸坯碳偏析和夹杂物的影响，取 [4] Liu S W,Han Y S,Guan M,et al.Research on final- 得以下结果： electromagnetic stirring position of 82B steel continuous casting (1)铸坯整体索氏体率在88%~89%之间，索 based on superheat variation.J /ron Steel Res,2018,30(9):716 氏体化良好，铸坯中心碳偏析是导致SWRH82B高 (刘少伟，韩延申，管敏，等.基于过热度变化的82B钢连铸末端

过热度优化为 25 ℃. 3.3    末端电磁搅拌对碳偏析的影响 凝固末端电磁搅拌技术（F-EMS）主要作用在 凝固末端的模糊区，在感应电磁力的作用下，带动 糊状区钢液流动，有效消除晶界塔桥和选分结晶 造成的钢液各元素含量不均现象，从而减轻铸坯 中心偏析[15] . 考虑到八机八流中间包的对称性，选 取 1～5 流作为研究对象. 图 6 为末端电磁搅拌电 流 370 A、频率 7 Hz 与末端电磁搅拌电流 400 A、频 率 18 Hz 和电流 500 A、频率 15 Hz 下碳偏析指数 的实验对比[1] . 末端电磁搅拌电流降低到 370 A、 频率调整到 7 Hz，碳偏析指数整体降低，最低值降 至 1.04，但平均碳偏析指数仍高达 1.1，调整末端电 磁搅拌参数对铸坯碳偏析指数作用不明显，仍需 要进一步验证. 3.4    连铸工艺参数调整铸坯质量分析 综合以上分析，确定 82B 连铸工艺参数：过热 度为 25 ℃，浇注速度 2.0 m∙min−1，末端电磁搅拌参 数为 370 A、7 Hz. 通过金相显微镜分析可知，铸坯 中心缩孔明显减少，表面点状偏析点稀松，铸坯组 织中心偏析从 864 μm 降低至 464 μm，网状渗碳体 级别从四级下降到一级，C 类夹杂物含量明显降 低，铸坯中心平均碳偏析指数由 1.17 降低为 1.11， 见图 7 和图 8 所示. 4    结论 本文研究了不同过热度、浇注速度、凝固末端 电磁搅拌参数对铸坯碳偏析和夹杂物的影响，取 得以下结果： （1）铸坯整体索氏体率在 88%～89% 之间，索 氏体化良好，铸坯中心碳偏析是导致 SWRH82B 高 碳钢产品出现网状渗碳体的主要诱因. （2）降低中间包钢水过热度和提高浇注速度， 中间包内速度变化显著，促进钢液内夹杂物上浮 去除，有利于铸坯成分均匀化，降低 C 类夹杂物含量. （3）通过工艺参数调整，铸坯中心平均碳偏析 指数由 1.17 降低为 1.11，网状渗碳体级别从四级 下降至一级. 当末端电磁搅拌参数为电流 370 A、 频率 7 Hz 时，碳偏析指数相对控制较好；不过仍需 要进一步验证其他参数是否最佳. 参    考    文    献 Li P, Wang L, Zhou Q F. Formation reasons and countermeasures of cementite network in the center of 82B wire rods. J Iron Steel Res, 2014, 26（9）: 33 （李平, 王雷, 周青峰. 82B中心网状渗碳体产生原因及改善方法. 钢铁研究学报, 2014, 26（9）：33） [1] Zhang Y Y, Liu J H, Su X F, et al. Cleanliness study of SWRH82B hard  wire  steel  produced  by  BOF-LF-CC  processes. Chin J Eng, 2016, 38(Suppl 1): 160 （张游游, 刘建华, 苏晓峰, 等. BOF-LF-CC生产SWRH82B硬线 钢的洁净度研究. 工程科学学报, 2016, 38(增刊1): 160） [2] Zhang  J  Q,  Liang  Y  L,  Xiang  S,  et  al.  Effect  of  heat  treatment process on microstructure and mechanical properties of SWRS82B wire rod. Adv Mater Res, 2010, 97-101: 752 [3] Liu  S  W,  Han  Y  S,  Guan  M,  et  al.  Research  on  final￾electromagnetic  stirring  position  of  82B  steel  continuous  casting based on superheat variation. J Iron Steel Res, 2018, 30（9）: 716 （刘少伟, 韩延申, 管敏, 等. 基于过热度变化的82B钢连铸末端 [4] 1 370 A 7 Hz 400 A 18 Hz 500 A 15 Hz 2 Flow number Carbon segregation index 3 4 5 1.24 1.22 1.20 1.18 1.16 1.14 1.12 1.10 1.08 1.06 1.04 1.02 1.00 图 6    末端电磁搅拌参数对连铸坯碳偏析指数的影响 Fig.6     Drill  effect  of  F-EMS  parameters  on  the  carbon  segregation indexes at the center of the billets 20 mm 20 mm (a) (b) 图 7    工艺参数（a）调整前和（b）调整后的铸坯低倍图 Fig.7    Low-magnification maps of slab (a) before and (b) after adjusting process parameters 200 μm 200 μm 864 μm (a) (b) 464 μm 图 8    工艺参数（a）调整前和（b）调整后的铸坯金相图 Fig.8    Metallography of billet (a) before and (b) after adjusting process parameters 吕    明等： 连铸工艺参数对 SWRH82B 高碳钢碳偏析的影响 · 107 ·

.108 工程科学学报.第42卷，增刊1 电搅位置研究.钢铁研究学报，2018,30(9)：716) [15]Hu L,Guo H M,Duan S P.Effect of F-EMS on carbon [5]Gui M W,Qin Z G.Improvement in central segregation of 82B segregation of 82B.China Metall,2018,28(9):63 high carbon steel bloom and quality of wire rod.Steelmaking, (胡亮，郭红民，段少平.凝固末端电磁搅并对82B碳偏析的影响. 2005,21(3):1 中国冶金，2018.28(9)：63) (桂美文，罩之光.82B高碳钢连铸坯中心偏析及线材质量的改 [16]Feng L,Xie X D,Ju J T,et al.Numerical simulation of flow field 善.炼钢，2005,21(3)：1) and temperature field in 8-machine 8-strand tundish.Foundry [6]Park J H.Thermodynamic investigation on the formation of Technol,2017,38(4:881 inclusions containing MgAlO spinel during 16Cr-14Ni austenitic (冯璐，解西东，巨建涛，等.八机八流中间包流场温度场数值模 stainless steel manufacturing processes.Mater Sci Eng A,2008, 拟.铸造技术，2017,38(4)：881) 472(1-2):43 [17]Feng L,Jiao Z Y,Zhang Z H,et al.Numerical simulation of [7]Chai G Q,Wang F M.Fu J,et al.Deformability control of inclusion behavior in 8-machine and 8-strand tundish.Foundry Al2O;-SiOz-MgO-CaO-MnO system inclusions in high carbon Technol,2018.39(5):1008 hard wire 82B steel.J Univ Sci Technol Beijing,2010,32(6):730 (冯璐，焦志远，张朝晖，等.八机八流中间包内夹杂物运动行为 (柴国强，王福明，付军，等.高碳硬线钢82B中Al,O,-SiO2-MgO- 数值模拟.铸造技术，2018,39(5)：1008) CaO-MnO系夹杂物塑性化控制.北京科技大学学报，2010， [18]Qin X F,Cheng C G,Li Y,et al.Effect of annular argon blowing 32(6):730) at upper nozzle on formation of slag eye in tundish.Iron Steel, [8]Jin G X,Wang F M,Fu J,et al.Formation of martensite in 82B 2019,54(8):107 high carbon steel wire rod.Trans Mater Heat Treat,2013,34(6): (秦绪锋，程常桂，李阳，等.上水口环形吹氩对中间包内渣眼形 62 成的影响.钢铁，2019,54(8)：107) (金桂香，王福明，付军，等.82B高碳钢盘条中马氏体成因.材料 [19]Lu H B,Cheng C G,Zhang F,et al.Simulation study on process 热处理学报，2013,34(6)：62) optimization of bottom argon blowing in tundish.J Wuhan Univ [9] Li J J,Andrew G,Liu W.Effect of austenitization and cooling Sci Technol,2018,41(1):1 rates on the microstructure in a hyper-eutectoid steel.Acta Metall (卢海彪，程常桂，张丰，等.中间包底吹氩工艺优化的模拟研究 Sm,2013,49(5):583 武汉科技大学学报，2018,41(1)：1) (李俊杰，Andrew Godfrey,刘伟.奥氏体化与冷却速率对过共析 [20]Li L M,Li B K.Investigation of bubble-slag layer behaviors with 钢组织的影响.金属学报，2013,49(5)：583) hybrid Eulerian-Lagrangian modeling and large eddy simulation [10]Zhang YD,Esling C,Gong M L,et al.Microstructural features J0M2016,68(8):2160 induced by a high magnetic field in a hypereutectoid steel during [21]Qin X F,Cheng C G,Li Y,et al.A simulation study on the flow austenitic decomposition.Scripta Mater,2006,54(11):1897 behavior of liquid steel in tundish with annular argon blowing in [11]Zhang Z H.Wu H L.Feng L,et al.Application of numerical the upper nozzle.Metals,2019,9(2):225 simulation technologies for continuous casting mold.J fron Steel [22]Chatterjee S,Chattopadhyay K.Tundish open eye formation in Res,2016.28(5):1 inert gas-shrouded tundishes:a macroscopic model from first (张朝晖，吴海龙，冯璐，等.数值模拟技术在连铸结品器中的应 principles.Metall Mater Trans B,2016,47(5):3099 用.钢铁研究学报，2016,28(5)：1) [23]Zhang D J,Jiang X D,Chen Y J,et al.Practice of SWRH82B [12]Zeng J,Chen W.Effect of casting speed on solidification structure production by No.3 billet continuous caster in Liuzhou steel.Sci and central macrosegregation during continuous casting of high- Technol Lizhou Steel,2018(4):10 carbon rectangular billet.Metall /tal,2015,107(7):43 (张德俊，江学德，陈永金，等.柳钢3号方坯连铸机生产 [13]Zhang Z X,Min Y,Jiang M F.Mathematical simulation of SWRH82B实践.柳钢科技，2018(4)：10) continuous casting process of round billet solidification of 37Mn5 [24]Liu FY,Zhang Y F.Superficial view on basic solidification theory steel.J Northeast Univ Nat Sci,2010,31(7):966 of CC high carbon steel.Steelmaking,1993(2):56 (张志祥，闵义，姜茂发.3M5连铸圆坯凝固过程数学模拟.东 (刘凤云，张一夫.连铸高碳钢坯凝固基础理论浅探.炼钢， 北大学学报：自然科学版，2010,31(7)：966) 1993(2):56) [14]Su W,Jiang D B,Luo S,et al.Numerical simulation for [25]Chen Z P.Study on the Control of Continuous Casting Slab optimization of F-EMS in billet continuous casting.J Northeast Quality under Unsteady Casting Conditions[Dissertation] Uniy Nat Sci,.2013,34(5):673 Shenyang:Northeastern University,2008 (苏旺，姜东滨，罗森，等.方坯连铸凝固末端电磁搅拌工艺优化 (陈志平.非稳态浇铸条件下连铸板坯质量控制研究学位论文]. 的数值模拟.东北大学学报：自然科学版，2013,34(5)：673) 沈阳：东北大学，2008)

电搅位置研究. 钢铁研究学报, 2018, 30（9）：716） Gui  M  W,  Qin  Z  G.  Improvement  in  central  segregation  of  82B high  carbon  steel  bloom  and  quality  of  wire  rod. Steelmaking, 2005, 21（3）: 1 （桂美文, 覃之光. 82B高碳钢连铸坯中心偏析及线材质量的改 善. 炼钢, 2005, 21（3）：1） [5] Park  J  H.  Thermodynamic  investigation  on  the  formation  of inclusions containing MgAl2O4 spinel during 16Cr–14Ni austenitic stainless  steel  manufacturing  processes. Mater Sci Eng A,  2008, 472（1-2）: 43 [6] Chai  G  Q,  Wang  F  M,  Fu  J,  et  al.  Deformability  control  of Al2O3–SiO2–MgO –CaO –MnO  system  inclusions  in  high  carbon hard wire 82B steel. J Univ Sci Technol Beijing, 2010, 32（6）: 730 （柴国强, 王福明, 付军, 等. 高碳硬线钢82B中Al2O3–SiO2–MgO– CaO –MnO系夹杂物塑性化控制. 北京科技大学学报, 2010, 32（6）：730） [7] Jin G X, Wang F M, Fu J, et al. Formation of martensite in 82B high carbon steel wire rod. Trans Mater Heat Treat, 2013, 34（6）: 62 （金桂香, 王福明, 付军, 等. 82B高碳钢盘条中马氏体成因. 材料 热处理学报, 2013, 34（6）：62） [8] Li  J  J,  Andrew  G,  Liu  W.  Effect  of  austenitization  and  cooling rates on the microstructure in a hyper-eutectoid steel. Acta Metall Sin, 2013, 49（5）: 583 （李俊杰, Andrew Godfrey, 刘伟. 奥氏体化与冷却速率对过共析 钢组织的影响. 金属学报, 2013, 49（5）：583） [9] Zhang  Y  D,  Esling  C,  Gong  M  L,  et  al.  Microstructural  features induced by a high magnetic field in a hypereutectoid steel during austenitic decomposition. Scripta Mater, 2006, 54（11）: 1897 [10] Zhang  Z  H,  Wu  H  L,  Feng  L,  et  al.  Application  of  numerical simulation technologies for continuous casting mold. J Iron Steel Res, 2016, 28（5）: 1 （张朝晖, 吴海龙, 冯璐, 等. 数值模拟技术在连铸结晶器中的应 用. 钢铁研究学报, 2016, 28（5）：1） [11] Zeng J, Chen W. Effect of casting speed on solidification structure and  central  macrosegregation  during  continuous  casting  of  high￾carbon rectangular billet. Metall Ital, 2015, 107（7）: 43 [12] Zhang  Z  X,  Min  Y,  Jiang  M  F.  Mathematical  simulation  of continuous casting process of round billet solidification of 37Mn5 steel. J Northeast Univ Nat Sci, 2010, 31（7）: 966 （张志祥, 闵义, 姜茂发. 37Mn5连铸圆坯凝固过程数学模拟. 东 北大学学报: 自然科学版, 2010, 31（7）：966） [13] Su  W,  Jiang  D  B,  Luo  S,  et  al.  Numerical  simulation  for optimization  of  F-EMS  in  billet  continuous  casting. J Northeast Univ Nat Sci, 2013, 34（5）: 673 （苏旺, 姜东滨, 罗森, 等. 方坯连铸凝固末端电磁搅拌工艺优化 的数值模拟. 东北大学学报: 自然科学版, 2013, 34（5）：673） [14] Hu  L,  Guo  H  M,  Duan  S  P.  Effect  of  F-EMS  on  carbon segregation of 82B. China Metall, 2018, 28（9）: 63 （胡亮, 郭红民, 段少平. 凝固末端电磁搅拌对82B碳偏析的影响. 中国冶金, 2018, 28（9）：63） [15] Feng L, Xie X D, Ju J T, et al. Numerical simulation of flow field and  temperature  field  in  8-machine  8-strand  tundish. Foundry Technol, 2017, 38（4）: 881 （冯璐, 解西东, 巨建涛, 等. 八机八流中间包流场温度场数值模 拟. 铸造技术, 2017, 38（4）：881） [16] Feng  L,  Jiao  Z  Y,  Zhang  Z  H,  et  al.  Numerical  simulation  of inclusion  behavior  in  8-machine  and  8-strand  tundish. Foundry Technol, 2018, 39（5）: 1008 （冯璐, 焦志远, 张朝晖, 等. 八机八流中间包内夹杂物运动行为 数值模拟. 铸造技术, 2018, 39（5）：1008） [17] Qin X F, Cheng C G, Li Y, et al. Effect of annular argon blowing at  upper  nozzle  on  formation  of  slag  eye  in  tundish. Iron Steel, 2019, 54（8）: 107 （秦绪锋, 程常桂, 李阳, 等. 上水口环形吹氩对中间包内渣眼形 成的影响. 钢铁, 2019, 54（8）：107） [18] Lu H B, Cheng C G, Zhang F, et al. Simulation study on process optimization  of  bottom  argon  blowing  in  tundish. J Wuhan Univ Sci Technol, 2018, 41（1）: 1 （卢海彪, 程常桂, 张丰, 等. 中间包底吹氩工艺优化的模拟研究. 武汉科技大学学报, 2018, 41（1）：1） [19] Li L M, Li B K. Investigation of bubble-slag layer behaviors with hybrid Eulerian –Lagrangian modeling and large eddy simulation. JOM, 2016, 68（8）: 2160 [20] Qin X F, Cheng C G, Li Y, et al. A simulation study on the flow behavior of liquid steel in tundish with annular argon blowing in the upper nozzle. Metals, 2019, 9（2）: 225 [21] Chatterjee  S,  Chattopadhyay  K.  Tundish  open  eye  formation  in inert  gas-shrouded  tundishes:  a  macroscopic  model  from  first principles. Metall Mater Trans B, 2016, 47（5）: 3099 [22] Zhang  D  J,  Jiang  X  D,  Chen  Y  J,  et  al.  Practice  of  SWRH82B production by No. 3 billet continuous caster in Liuzhou steel. Sci Technol Liuzhou Steel, 2018（4）: 10 （张德俊, 江学德, 陈永金, 等. 柳钢3号方坯连铸机生产 SWRH82B实践. 柳钢科技, 2018（4）：10） [23] Liu F Y, Zhang Y F. Superficial view on basic solidification theory of CC high carbon steel. Steelmaking, 1993（2）: 56 （刘凤云, 张一夫. 连铸高碳钢坯凝固基础理论浅探. 炼钢, 1993（2）：56） [24] Chen  Z  P. Study on the Control of Continuous Casting Slab Quality under Unsteady Casting Conditions[Dissertation]. Shenyang: Northeastern University, 2008 （陈志平. 非稳态浇铸条件下连铸板坯质量控制研究[学位论文]. 沈阳: 东北大学, 2008） [25] · 108 · 工程科学学报，第 42 卷，增刊 1