连铸板坯凝固过程的应变分析

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2004.03.007 第26卷第3期 北京科技大学学报 VoL.26 No.3 2004年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2004 连铸板坯凝固过程的应变分析 朱国森于会香王新华王万军 北京科技大学冶金学院，北京100083 摘要通过建立连铸板坯凝固过程的传热模型和采用实测温度数据进行检验，获得了铸坯 温度及坯壳厚度的数据.在此基础上建立了凝固过程的应变分析模型，得到了实际工况条件 下坯壳所受的拉应变，结果表明，在正常工况下，连铸坯凝固前沿所受的应变很小，铸坯不会 产生内部裂纹：当导辊开口度的偏差大于2mm时，其引起的应变大于鼓肚应变，且凝固前沿 所受的应变大于临界应变，内部裂纹发生的可能性很大，支撑辊对中精度是产生内部裂纹的 重要影响因素 关键词板坯连铸；内部裂纹：应变：鼓肚：传热 分类号TF771.1 连铸板坯凝固过程中内部裂纹的形成与凝 (⑥)二冷区的传热系数 固前沿坯壳所受的拉应变有很大的关系.当坯壳 h=0.581×(1-0.0075Tm)w51 (3) 所受的拉应力超过临界应变时，内部裂纹就产生 其中，w为冷却水量，L/(m2sT。为铸坯表面温 了.在铸坯运行过程中，凝固前沿所受的拉应变 度，℃ 主要包括鼓肚应变、矫直应变以及支撑辊不对中 (©)空冷区的辐射传热系数 应变三个部分切 h=o32红+z) (4) 本文通过建立连铸板坯凝固过程的传热和 其中，T.为环境温度，℃；oa为Stefan-Boltzman常 应变分析模型，研究实际工况条件下，连铸坯凝 数，5.67×10-W/(m2K):m为板坯的灰度，0.8. 固前沿坯壳所受的应变， (4)模型的验证方法，采用北京科技大学冶金 学院自行开发研制的远红外非接触式测温一 1数学模型 计算机高速采集系统，对铸坯表面温度进行测 1.1凝固传热模型 量.将测量位置的温度与模型计算温度进行比 ()控制方程.根据板坯凝固的特点，可以采 较，以此来确定模型的准确性. 用二维非稳态导热模型来描述其凝固过程.其控 (⑤)计算参数的确定.以国内某钢厂立弯式板 制方程为： 坯连铸机为研究对象，铸坯的尺寸为1300mm× 新e-器 (1) 230mm,拉速为1.2m/min,冷却水量为165mh. 钢种的化学成分（质量分数）：C0.16%,Si0.20%, 其中，入为有效导热系数，W(m·℃)：T为温度，℃： Mm0.40%,P0.018%,S0.02%,Als0.02%,0 2为凝固潜热，Jg:p为钢水密度，kgm:c为比热 1.6×105,N1.8×105.二冷区1~16回路的分配比分 容，J/kg·℃)；t为时间，s. (2)初始条件.钢水的浇铸温度为1537℃. 别为4.5,0.5,19.4,3.2,6.4,7.3,3.9,5.1,6.0,8.5,4.4， 7.4,5.09.3,2.7,6.4.铸机的参数见表1，矫直参 (3)边界条件. 数见表2. (a)结晶器中的热流密度 (2) 1.2应变分析模型 9=2680-3355 (1)鼓肚应变分析模型， 其中，1为凝固时间，s (a)鼓肚量.文献[6的研究表明，计算铸坯鼓 收稿日期2002-11-19朱国森男，25岁，博士研究生 肚量的计算公式为：

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 〕 一 一 。 连铸板坯凝固过程 的应变分析 朱 国森 于会香 王 新 华 王 万 军 北 京科技 大 学冶 金 学 院 ， 北京 摘 要 通过建立连铸 板 坯 凝 固过程 的传 热 模型 和 采用 实测 温度数据 进行 检 验 ， 获得 了铸坯 温 度及 坯 壳厚 度 的数据 在 此基础 上 建立 了凝 固过程 的应 变分 析模型 ， 得 到 了实 际工 况 条件 下 坯壳 所 受 的拉应变 结果 表 明 ， 在 正 常 工 况 下 ， 连 铸坯 凝 固前 沿 所 受 的应 变很 小 ， 铸坯 不 会 产 生 内部裂纹 当 导 辊 开 口 度 的偏 差 大于 时 ， 其 引起 的应 变大于 鼓 肚 应变 ， 且 凝 固前沿 所 受 的应 变大 于 临界应变 ， 内部 裂 纹发 生 的可 能性 很 大 支撑 辊对 中精度 是 产 生 内部裂 纹 的 重 要 影 响 因 素 关键 词 板 坯连 铸 内部 裂 纹 应变 鼓 肚 传热 分 类号 连 铸 板 坯 凝 固 过 程 中 内部 裂 纹 的 形 成 与 凝 固前沿 坯 壳所 受 的拉 应 变 有很 大 的关 系 当坯 壳 所 受 的拉 应 力超 过 临界应 变 时 ， 内部 裂 纹 就产 生 了 在 铸 坯 运 行 过 程 中 ， 凝 固前 沿 所 受 的拉 应 变 主 要 包 括 鼓 肚 应 变 、 矫 直 应 变 以及 支撑 辊 不对 中 应 变 三 个 部 分 【 一 ， 本 文 通 过 建 立 连 铸 板 坯 凝 固过 程 的传 热 和 应 变分 析 模 型 ， 研 究 实 际工 况 条件 下 ， 连 铸 坯 凝 固前 沿 坯 壳所 受 的应 变 数 学模 型 凝 固传 热 模 型 控 制 方 程 根 据 板 坯 凝 固 的特 点 ， 可 以采 用 二 维 非稳 态 导 热 模 型 来 描 述其凝 固过程 其 控 制 方 程 为 己 ， 己 、 『 。 日 、 。 下护币了厂万铲万厂甘 一 下 ‘ ， 其 中 ， 入为有 效 导热 系数 ， · ℃ 为温度 ， ℃ 为凝 固潜 热 ， 瓜 为钢 水 密 度 ， 为 比热 容 ， 雌 · ℃ 为 时 间 ， 初 始 条 件 钢 水 的浇 铸 温 度 为 ℃ 边 界 条件 结 晶器 中的热 流 密 度 口， 叮 一 砂 ， 其 中 ， 为凝 固 时 间 ， 收稿 日期 加 一 朱 国森 男 ， 岁 ， 博士 研 究生 二冷 区 的传 热 系数’ 一 几 刀，， 其 中 ， 、 为 冷 却 水 量 ， ， · 几 为铸 坯 表 面温 度 ， ℃ 空 冷 区 的辐 射 传 热 系 数 几 丫 大 、 ， 、 一 几“ 型饭茄卫」 萨月 “ 几 其 中 ， 为 环 境 温 度 ， ℃ 几 为 一 常 数 ， “ 吕 ， · 翻 为 板 坯 的灰度 ， 模型 的验 证 方 法 ， 采用 北 京科 技 大学 冶金 学 院 自行 开 发 研 制 的远 红 外 非 接 触 式 测 温 计 算 机 高速 采 集系 统 【 ， 对 铸 坯 表 面 温度 进 行—测 量 将 测 量 位 置 的温 度 与 模 型 计 算温 度 进 行 比 较 ， 以此 来 确 定模 型 的准 确 性 计 算参 数 的确 定 以国 内某钢 厂 立 弯 式板 坯 连 铸 机 为研 究对 象 ， 铸 坯 的尺 寸 为 、 ， 拉 速 为 ， 冷 却 水 量 为 爪 钢 种 的化 学成 分 质 量 分数 ， ， ， ， ， ， 一 ，， 一 ， 二 冷 区 一 回路 的分 配 比分 别 为 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 铸 机 的参 数 见表 ， 矫 直 参 数 见 表 ， 应 变 分 析模 型 鼓肚 应 变 分 析模 型 鼓 肚 量 文 献 的研 究表 明 ， 计 算铸 坯 鼓 肚 量 的计 算公 式 为 DOI ：10．13374／j ．issn1001—053x．2004．03．007

●252· 北京科技大学学报 2004年第3期 d器6 (5) (3)支撑辊不对中应变 其中，P为钢水静压力，Pa;I为辊距，mm;S为坯 Barber的研究表明，相邻三个支撑辊中，如 壳厚度，mm;a为铸坯宽度的形状系数；n为a修 果中间的支撑辊发生6m的不对中量，凝固前沿产 正系数，一般而言a=1;E,为修正的等价弹性模 生的拉应变可采用下式来计算 量，E系Nem,工为钢水凝图湿度， 6v=30056 (8) K;Tm为坯壳的平均温度，取铸坯表面温度与凝 其中，S为坯壳厚度，mm.l为辊距，mm.假设上 固温度的平均值，K；t为铸坯经过辊距的时间， 述应变可线性叠加，则凝固前沿所受的总应变： t=l/w,min:v为拉速，m/min. ET=En+EsFEv (9) 式(5)是最简洁、有效的.该式是将坯壳视为 图1为该铸机辊子开口度的实测值与标准 一个两边固定支撑，两边自由并承受均布载荷的 值.可见，2扇形段辊子开口度的偏差较大，在 等厚度挠性板，且认为坯壳的鼓肚变形是由蠕变 1.1~3.2mm之间：3~11"扇形段之间辊子的开口度 变形引起的， 偏差不大，在-0.60.9mm之间：从12扇形段开 表1铸机的参数 始，开口度呈现正偏差，偏差在0.5~3.6mm之间. Table 1 Parameters of continuous casting machine 在生产过程中，支撑辊开口度的允许偏差为0.5 参数 位置或尺寸 类型 备注 m.因此，在研究支撑辊不对中引起的应变时， 弯曲 2365-3395mm 五点弯曲 7~11辊 假定开口度的偏差为0.5mm和2.0mm 矫直 16695-18215mm 五点矫直 5155辊 (4)应变分析模型的检验对正常工况和异常 治金长度 35862mm 工况条件下生产的铸坯进行硫印检验，检验裂纹 结晶器 900mm 工作长度 的发生情况. 800mm 24737mm, 含110mm 248 二冷段 1-13扇形段 245 一标准值 足辊区 ·-实测值 10325mm, 242 空冷段 1418扇形段 239 236 二次冷却 8区、16 气雾冷却 足辊区气 冷却回路 雾冷却 233 230 表2矫直参数 010 20304050607080 Table 2 Parameters of unbending system 辊号 辊号 距弯液面的距离m 矫直半径mm 图1连铸机支撑辊的开口度 50 16.6 9300 Fig.1 Roll gap of continuous casting machine 51 16.9 11312.892 52 17.3 14671.987 2 模型的计算结果与讨论 53 17.6 21396.378 54 18.0 41581.549 2.1传热模型的计算结果与验证 55 18.4 十0 图2为传热模型计算得到的铸坯表面中心温 (b)鼓肚应变，在计算得到鼓肚量的基础上， 度、坯壳厚度以及远红外测温系统测定的温度 鼓肚应变的计算采用Hiromu Fuji推荐的公式. 在距离弯液面13.9,17.6,19.6和25.7m四个位置 a=1600.S盼 (6) 上，传热模型的计算结果与实测温度的偏差分别 为20,11,28和22℃，相对偏差为2.1%，1.2%，2.9% 其中，S为坯壳厚度，mm;d为鼓肚量，mm;l为辊 和2.4%，表明传热模型能够提供可靠的板坯的温 距，mm 度及坯壳厚度数据. (2)矫直应变在研究矫直应变时，首先假设变 2.2临界应变 形的中性轴位于铸坯断面中心线上. Hiebler)在总结了前人的研究结果之后，得 于是，矫直应变可由下式来计算 6=10o侵-小记，是 到了临界应变与钢中碳当量的关系曲线见图3. (7) 其中，碳当量的计算公式为： 其中，R。-,R,为半径，mm:d为板坯厚度，mm;S w(C.)=w(C)+0.2wMn)+0.04wNi)-0.1w(Si)- 为坯壳厚度，mm. 0.04w(Cr)-0.1wMo) (10)

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 。 一 黔 沂 其 中 ， 尸 为钢 水 静压 力 ， 为 辊 距 ， 为坯 壳 厚度 ， 为铸 坯 宽度 的形 状 系 数 粉为 修 正 系数 ， 一般 而 言啊 为修 正 的等价 弹性模 支 撑 辊 不 对 中应 变 的研 究表 明 【 ， 相 邻 三 个 支撑 辊 中 ， 如 果 中间 的支撑 辊 发 生氏 的不对 中量 ， 凝 固前 沿产 生 的拉应 变 可 采 用 下 式来计 算 量 ， 及 几 一 几卜 “ 一。 ‘ ，， 可 ，为钢 水凝 固温 度 ， 甜 为坯 壳的平 均温 度 ， 取 铸 坯 表 面 温度 与 凝 固温 度 的平 均 值 ， 为铸 坯 经 过 辊距 的 时 间 ， ， 为 拉速 ， 了 式 是 最 简 洁 、 有 效 的 该 式是将 坯 壳视 为 一个 两边 固定支 撑 ， 两 边 自由并 承受 均 布 载荷 的 等 厚度挠 性板 ， 且 认 为坯 壳 的鼓 肚变形 是 由蠕 变 变 形 引起 的 表 铸 机 的参数 参数 位 置 或尺 寸 类型 备注 弯 曲 一 五 点弯 曲 一 辊 矫直 一 五 点矫直 一 存辊 冶金 长度 一 一 其 中 ， 为坯 壳厚 度 ， 为辊 距 ， 假 设 上 结 晶器 工 作长 度 含 足 辊 区 述应 变 可 线 性 叠 加 ， 则 凝 固前 沿 所 受 的总应 变 街 几忱沙￡ 图 为 该 铸 机 辊 子 开 口 度 的实测 值 与标 准 值 可 见 ， 扇 形 段 辊 子 开 口 度 的偏 差 较 大 ， 在 一 之 间 一 “ 扇 形 段 之 间辊 子 的开 口 度 偏 差 不 大 ， 在 一 一 之 间 从 扇 形 段 开 始 ， 开 口 度 呈 现 正 偏 差 ， 偏 差 在 一 之 间 在 生 产过 程 中 ， 支撑 辊 开 口 度 的允 许偏 差 为 因此 ， 在研 究支撑 辊 不对 中引起 的应 变 时 ， 假 定 开 口 度 的偏 差 为 和 应 变 分析模 型 的检验 对 正 常工 况 和 异 常 工 况条件 下 生产 的铸 坯进 行硫 印检验 ， 检验裂 纹 的发 生情 况 ，，‘ 斗呀件内气凡月、 ︸，‘内咤了 二 冷段 — 标准值 侧、众口目日 一 实测值 空 冷段 二 次冷 却 ， 一 护扇 形 段 ， 一 举扇形段 区 、 冷 却 回路 气雾冷却 足辊 区 气 雾冷却 表 矫 直参数 辊 号 距 弯液 面 的距 离 矫直 半径加 辊 号 图 连 铸 机 支撑辊 的 开 口 度 · ︺、︶︸、︺、哎﹃﹃︸ 、， 鼓 肚 应 变 在 计 算得 到鼓 肚量 的基 础 上 ， 鼓肚 应 变 的计 算采 用 ，推 荐 的公 式 甜 几 二 一万一 其 中 ， 为坯 壳厚度 ， 。 咨为鼓 肚 量 ， 距 ， 以 为 辊 矫直 应变在研 究矫直应变 时 ， 首先假 设 变 形 的 中性轴位 于铸 坯 断面 中心 线上 于 是 ， 矫直应 变可 由下 式来计 算 ， 八 。 众 价 二尸 一合 不 一二丁一 乙 式 一 找 ， 其 中 ，凡 一 ，， ， 为 半径 ， 为板坯 厚度 ， 为坯 壳厚度 ， · 们。 模 型 的计 算 结 果 与讨 论 传 热模 型 的计 算结 果 与验 证 图 为传 热 模型计 算得到 的铸坯 表 面 中心温 度 、 坯 壳 厚度 以及 远 红 外 测 温 系统 测 定 的温 度 ， 在 距 离弯 液 面 ， ， 和 四个位 置 上 ， 传 热模型 的计 算结果 与 实测温度 的偏 差 分 别 为 ， ， 和 ， 相 对 偏 差 为 ， ， 和 ， 表 明传热模 型 能够提 供 可靠 的板坯 的温 度 及 坯 壳厚度 数据 临界 应 变 ，，在 总结 了前人 的研 究结果之 后 ， 得 到 了临界应 变 与钢 中碳 当量 的关 系 曲线见 图 其 中 ， 碳 当量 的计 算 公 式 为 一 一 一

Vol.26 No.3 朱国森等：连铸板还凝固过程的应变分析 ·253· 1200 MM 120 响鼓肚应变的主要因素，而且表面温度与坯壳的 91100 100 厚度变化不大，所以鼓肚应变逐渐变大.在其他 000 80 扇形段内，坯壳厚度和表面温度是影响鼓肚应变 900 60 的主要因素，而且钢水的静压力和辊间距变化不 00 ·计算温度 40 大，所以鼓肚应变沿拉坯方向逐渐减小，但是，在 700 ·实测温度 20 辊间距突然增大的位置，鼓肚应变也突然增大， △坯壳温度 600 0 矫直应变只发生在铸机的矫直区间内，在铸 0 5 10 1520 25 30 坯内弧的凝固前沿产生拉应变，本研究中，矫直 距弯月面的距离m 图2铸坯表面温度及坯壳厚度 应变在0.055%左右，仅为鼓肚应变的15%20%. Fig.2 Surface temperature and thickness of the slab 当辊子开口度偏差为0.5mm时，其引起的应变值 2.0 在0.1%左右，仅为鼓肚应变的35%40%.此时， --Mn/S<10 连铸坯凝固前沿所受的总应变在0.38%以下，均 1.5 -Mn/s<25 ---Mn/S≥25 小于临界应变，也就不会产生裂纹 1.0 图5为辊子开口度偏差为2mm时凝固前沿 0.5 坯壳所受的鼓肚应变、矫直应变、辊子不对中应 一一一 变、临界应变和总应变的分布.当辊子的开口度 0 0.20.40.6 0.81.01.2 偏差达到2mm时，其引起的应变与0.5mm偏差 碳当量% 时有较大的差别，主要表现为：(1)不对中应变在 图3临界应变与碳当量的关系 0.3%0.4%间，超过鼓肚引起的应变：(2)刚出结 Fig.3 Relationships between critical strain and carbon 晶器和凝固末端的坯壳所受应变的较大；(3)在拉 equivalent 坯方向上，应变呈现逐渐递增的趋势，开口度偏 由(10)式计算和图3可得本研究钢种的临界应变 差对坯壳厚的铸坯的影响比坯壳薄的影响大：(4) 为0.5%. 从距弯月面5m的位置开始，坯壳所受的总应变 23铸坯凝固前沿的应变 均大于临界应变，铸坯也就容易产生裂纹，所以 在传热模型计算得到铸坯温度和坯壳厚度 在生产过程中，保证支撑辊的对中精度，尤其是 的基础上，通过应变分析模型可以得到铸坯在运 连铸坯凝固末端处的对中精度十分必要 行过程中凝固前沿所受的应变分布 2.4应变模型的检验 图4为辊子开口度偏差为0.5mm时，凝固前 图6为铸坯试样硫印检验的结果.其中(a)为 沿坯壳所受的鼓肚应变、矫直应变、辊子不对中 正常工况条件：(b)为测量开口度当天的铸坯.可 应变、临界应变和总应变的分布， 见，铸坯的内部裂纹的发生与应变分析模型的结 可见，在拉坯方向上，鼓肚应变呈先增大后 果基本一致，表明模型能够对铸坯质量进行预 减小的变化趋势：在同一扇形段内，鼓肚应变逐 测，并对设备的维护提供依据。 渐减小，在1“扇形段，钢水静压力及辊间距是影 1.20 1.20 鼓肚应变 鼓肚应变 矫直应变 矫直应变 80.90 辊子不对中应变 0.90 辊子不对中应变 总应变 一总应变 哭0.60 临界应变 0.60 临界应变 每0.30 0.30 业4达 cssiwnan4seaswewk2a兰wiMMyh 0 5 10 1520 25 30 0 1015 20 25 30 距弯月面的距离m 距弯月面的距离/m 图4辊子开口度偏差为0.5mm时，铸坯凝固前沿应变 图5辊子开口度偏差为2.0mm时铸还凝固前沿应变的 的分布 分布 Fig.4 Distributions of strain at the interface of solid and Fig.5 Distributions of strain at the interface of solid and liquid liquid

朱 国 森等 连 铸 板 坯 凝 固 过 程 的应 变分 析 昌侧、殴很编 一百 产 卜 ‘ — 计算温度 实测温度 △ 坯壳温度 一一一一 一一一一一一一一 一一 距 弯 月 面 的距 离 图 铸 坯 表面 温 度及 坯 壳厚度 八” ‘ ︸八了 ‘ 侧巨释蜀增、明 · 不匕二二 一 一 川 — 了 一 二 川 — — — 】二二 甲 — 叮 — 下 — ， 〕 碳 当量 图 临界 应 变与碳 当量 的 关 系 由 式 计 算和 图 可 得 本研 究钢 种 的临界应 变 为 铸 坯 凝 固 前 沿 的应 变 在 传 热 模 型 计 算 得 到铸 坯 温 度 和 坯 壳厚 度 的基 础 上 ， 通过应 变分 析模 型可 以得 到铸 坯在 运 行 过 程 中凝 固前沿 所 受 的应 变 分 布 图 为辊 子 开 口 度 偏 差 为 们 。 时 ， 凝 固前 沿 坯 壳所 受 的鼓 肚 应 变 、 矫 直 应 变 、 辊 子 不 对 中 应 变 、 临界 应 变 和 总应 变 的分 布 可 见 ， 在 拉 坯 方 向上 ， 鼓肚 应 变 呈 先 增 大 后 减 小 的变 化 趋 势 在 同一 扇 形 段 内 ， 鼓 肚 应 变 逐 渐 减 小 在 扇 形 段 ， 钢 水 静 压 力及 辊 间距 是 影 响鼓肚 应 变 的主 要 因素 ， 而 且 表 面温 度 与 坯 壳 的 厚 度 变 化 不 大 ， 所 以鼓 肚 应 变 逐 渐 变 大 在其 他 扇 形段 内 ， 坯 壳厚度和 表面 温度 是 影 响鼓 肚 应 变 的主 要 因素 ， 而 且钢 水 的静 压 力和 辊 间距 变 化 不 大 ， 所 以鼓 肚 应 变 沿 拉 坯 方 向逐渐 减 小 但 是 ， 在 辊 间距 突然 增 大 的位 置 ， 鼓 肚 应 变 也 突 然 增 大 矫 直 应 变 只 发 生 在铸 机 的矫 直 区 间 内 ， 在铸 坯 内弧 的凝 固前 沿 产 生 拉应 变 本研 究 中 ， 矫 直 应 变 在 左 右 ， 仅 为 鼓 肚 应 变 的 巧 一 当辊 子 开 口 度 偏 差 为 时 ， 其 引起 的应 变值 在 左 右 ， 仅 为鼓 肚 应 变 的 一 此 时 ， 连铸 坯 凝 固前 沿 所 受 的总应 变 在 以下 ， 均 小 于 临界 应 变 ， 也 就 不 会 产 生 裂 纹 图 为 辊 子 开 口 度 偏 差 为 时凝 固前 沿 坯 壳所 受 的鼓 肚 应 变 、 矫 直 应 变 、 辊 子 不 对 中应 变 、 临界 应 变 和 总 应 变 的分 布 当辊 子 的开 口 度 偏 差 达 到 时 ， 其 引起 的应 变 与 偏 差 时有 较 大 的差 别 主 要 表 现 为 不 对 中应 变 在 一 间 ， 超 过 鼓 肚 引起 的应 变 刚 出结 晶器 和 凝 固末 端 的坯 壳所 受应 变 的较 大 在拉 坯 方 向上 ， 应 变 呈 现 逐 渐 递 增 的趋 势 ， 开 口 度 偏 差 对 坯 壳 厚 的铸 坯 的影 响 比坯 壳薄 的影 响大 从 距 弯 月面 的位 置 开 始 ， 坯 壳所 受 的总应 变 均 大 于 临界 应 变 ， 铸 坯 也 就 容 易产 生裂 纹 所 以 在 生产 过 程 中 ， 保 证 支撑 辊 的对 中精度 ， 尤 其 是 连铸 坯 凝 固末 端 处 的对 中精 度 十 分 必 要 应 变 模 型 的检 验 图 为铸 坯试样硫 印检 验 的结果 其 中 为 正 常 工 况 条 件 为测 量 开 口 度 当天 的铸 坯 可 见 ， 铸 坯 的 内部 裂 纹 的发 生 与应 变分 析模 型 的结 果 基 本 一 致 ， 表 明模 型 能够 对 铸 坯 质 量 进 行 预 测 ， 并 对 设 备 的维 护 提 供 依 据 怪且 、︸︶日︸一︸ 俐例些芝珠 芝 督 。 · ，” 名 袭 月孟 篡 · ， 鼓肚应变 矫直应变 辊子不对 中应变 — 总应变 — 临界应变 瑞涵蕊赢众孟猛 侧俐名侣袭回终芝 勺幽幽幽脚幽幽幽洲 留幽洲‘ 共劝 距 弯 月面 的距 离 图 辊 子 开 口 度偏差 为 时 ， 铸坯 凝 固前 沿 应 变 的分 布 鼓肚应变 ▲ 矫直应变 今 辊子不对 中应变 —总应变 一 坠男沁一一乃‘ 一一 距 弯月 面 的距 离 图 辊 子 开 口 度偏 差 为 时铸 坯 凝 固前 沿 应 变 的 分 布 汤

·254· 北京科技大学学报 2004年第3期 (a) (b) 图6铸还的硫印照片 Fig.6 Sulphur-prints photo of the slab 3结论 ter Trans B,2000,31B(8):779 2 Yamanaka A,Nakajima K,Okamura K.Critical strain for (1)建立了连铸坯凝固过程的传热模型，采用 internal crack formation in continuous casting [J].Iron- 实测数据进行了验证，为应变分析模型提供了铸 making Steelmaking,1995,22(6):508 坯温度和坯壳厚度的数据. 3 Hiebler H,Zirngast J,Wolf MM.Inner crack formation (2)建立了连铸坯凝固过程的应变模型，得到 in continuous casting:Stress or strain criterion?[A].1994 实际工况下连铸坯所受的鼓肚应变、矫直应变和 Steelmaking Conference Proceedings [C].Chicago,1994. 405 支撑辊不对中应变，并分析了三者的相对大小及 4 Brimacombe JK,Samarasekera I V.Future trends in the 危害. development of continuous casting moulds [A].1991 (3)在正常工况条件下，连铸坯不会发生裂 Steelmaking Conference Proceedings [C].Washington, 纹.当支撑辊对中精度偏差超过2.0mm时，连铸 1991.189 坯发生裂纹的可能性很大， 5王新华，王万军，刘新字，等.连铸二冷区铸坯表面 (4)对所生产的铸坯进行硫印检验，证明了应 温度准确测量方法P].中国专利01141418.9.2001 变分析模型的对预测铸坯质量、指导设备维护有 6盛义平，孙蓟泉，章敏。连铸坯鼓肚变形量的计算 指导意义. [J.钢铁，1993,128(3)：20 7 Hiromu Fujii,Tetsuro Ohashi,Takeshi Hiromoto.On the (5)辊子对中精度是影响裂纹的重要因素，保 formation of internal cracks in continuously cast slabs [] 证对中精度对生产高质量的铸坯意义重大. Trans ISIJ,1978,18:510 参考文献 8 Barber B,Perkins A.Strand deformation in continuous 1 Won Y M,Yeo T J,Seol D J.New criterion for internal casting [J].Ironmaking Steelmaking,1989,16(6):406 crack formation in continuously cast steels [J].Metall Ma- Strain in Solidifying shell of Continuous Cast Slabs ZHU Guosen,YU Huixiang,WANG Xinhua,WANG Wanjun Metallurgical Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT The surface temperature and shell thickness of continuous casts slab were obtained by modeling heat transfer during solidification process.A mathematical model of strain at solid/liquid interface was set up.The strain in the solidifying shell under normal and abnormal operation conditions was gained.The results indicate that strain is small under normal operation conditions and internal cracks never happen.But when the variation of roll gap is above 2 mm,the strain caused is greater than caused by bulging.The total strain exceeds the critical one and internal cracks will appear.It is of great importance to maintain the fine state of continuous casting machine to avoid the ap- pearance of internal cracks. KEY WORDS continuously cast slab;internal crack;strain;bulging,heat transfer

· 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 图 铸坯 的硫 印照 片 一 结论 建立 了连 铸坯凝 固过程 的传 热 模型 ， 采 用 实测 数据 进行 了验 证 ， 为应 变分 析 模型提 供 了铸 坯 温 度 和 坯 壳厚度 的数 据 建 立 了连铸 坯 凝 固过程 的应 变模 型 ， 得 到 实 际工 况 下连 铸坯 所 受 的鼓 肚 应 变 、 矫 直应 变和 支 撑 辊 不对 中应 变 ， 并分析 了三 者 的相 对 大 小及 危 害 在 正 常工 况 条件 下 ， 连 铸 坯 不 会 发 生 裂 纹 当支撑 辊对 中精度 偏 差 超 过 时 ， 连 铸 坯 发 生 裂 纹 的可 能性 很 大 对 所 生产 的铸坯 进行硫 印检验 ， 证 明 了应 变 分析模 型 的对 预测 铸坯 质 量 、 指 导 设备 维护 有 指 导 意 义 辊 子对 中精度 是 影 响裂 纹 的重 要 因素 ， 保 证 对 中精 度 对 生产 高质 量 的铸 坯 意 义 重 大 参 考 文 献 匕 ， ， 【 ， ， 、 伯 ， 而 ， 别叮 ， ， ， ， ， ， 加 台 ， 王 新 华 ， 王 万 军 ， 刘 新 宇 ， 等 连 铸二 冷 区铸 坯表面 温 度 准 确 测 量 方法 中国专 利 盛 义平 ， 孙蓟泉 ， 章敏 连 铸坯鼓肚 变 形 量 的计 算 【 钢 铁 ， ， ， ， ’ 刀 ， ， ， 爪 ， ， 厅 ， 扮众 ， 砚咬万 ， 不例刀丈牙肠可“ 雌 ， ， ， 仅甘 ， 伽