第11期 杨文等：LCAK钢连铸头坯亚表层hook结构特征 ·1347· 弯月面受渣圈的影响小，随着凝固的弯月面以拉坯 1.4 速度往下走，受界面张力的影响，在新形成的凝固弯 0-拉速 月面尖端支撑着的液态钢水慢慢往外凸起，直到钢 12 ·平均热流 水的重力大于界面张力，此时钢液发生溢流.溢流 10 P000000中 开始时的凝固弯月面长度就是hook可能的最大长 0.8 度.溢流后，钢液在初始凝固弯月面上部沿着垂直 浇铸7.9m 凝固弯月面的方向生长.在负滑脱结束时的D点， 0.6 渣圈与弯月面之间的间隙最小. (5)在负滑脱阶段结束后的DA段，随着渣圈 581040 和弯月面之间间隙的增大以及初始凝固坯壳的向 开浇时间min 下运动，更多的钢水发生溢流并最终形成一个新 图12。拉速与结品器右窄面热流的变化 的弯月面，进而开始下一个hook的生长.最初溢 Fig.12 Variation of casting speed and heat extraction at the right narrow face 流的钢水表面凝固形成振痕的上表面，从而形成 一个振痕. 溢流更早发生，提供给弯月面凝固的时间更短：再 不同于以往的研究认为弯月面凝固开始于负滑 者，由表2可知拉速越大，负滑脱时间越短.因此， 脱阶段2.习，上述的hook形成机理认为弯月面凝固 在更高拉速条件下形成更短更浅更窄的hook,这与 分为两个阶段：一个是在正滑脱后期，弯月面靠近结 图7所示的实验结果一致. 晶器壁部分的凝固，其成为振痕的下表面，这将使得 (4)保护渣性能.保护渣导热性能越好，从弯 实验中所观察到的hook起始点偏离振痕波谷的现 月面往结晶器壁传走的热量就越多，导致更低的弯 象能够得到很好的解释；后一阶段是在负滑脱前期， 月面温度，从而增强弯月面的凝固，使得最后hook 由前一阶段弯月面凝固导致的弯月面凸起部分的凝 的长度和厚度更大.因此要减小hook的危害，应适 固，其成为最终的hook 当减小保护渣的导热性能 3.3hook特征的影响因素 (5)钢水过热度.钢水过热度越大，提供给凝 (1)结晶器热流.根据hook的形成机理可以 固前沿的热量就越多，钢水越不容易凝固，使得生成 得知，对hook形成影响最大的是弯月面的凝固，而 的hook越短. 对弯月面凝固影响最直接的又是结品器热流大小. (6)钢液成分.从两方面分析，一个是糊状区， 结晶器热流越大，说明往凝固前沿提供的热量越多， 低碳钢尤其是超低碳钢相比于中高碳钢，其糊状区 弯月面就越不容易凝固，从而hook也越短越窄.如 更窄，在凝固时释放的潜热更低，因此更容易凝固， 图12所示为实验中拉速与结晶器右窄面热流的变 所以对于低碳钢尤其是超低碳钢，弯月面更容易凝 化，图中虚线处浇铸长度为7.9m.对比图8，可以看 固从而形成更长的hook;另一方面是表面张力，表 到，结晶器热流与hook各特征之间呈现此消彼长的 面张力越大，钢液越不容易发生溢流，发生溢流前弯 关系，热流小时，hook长度、深度和厚度等都较大， 月面的凝固时间就越长，从而造成hook越长. 反之亦然.由图12还可以看到，在浇铸了7.9m后， 结晶器热流变化不大，这与在浇铸长度为7.9m后 4结论 hook各特征趋于稳定相吻合. (1)hook各特征之间存在着显著的相关性，随 (2)结晶器振动.主要跟结晶器振动频率和负 着hook倾角的增加，hook的长度、深度和厚度等也 滑脱时间有关，负滑脱时间越短，弯月面钢液越早发 都呈现增大趋势 生溢流，弯月面凝固的时间就越短，导致凝固弯月面 (2)随着拉速的增加、振痕深度的减小，hook 越短，使得最终生成的hook更短更窄.而结晶器振 各特征都呈现减小的趋势.因此，在没有侵蚀与金 动频率越高，负滑脱时间越短.因此高频率低负滑 像分析情况下，可以把振痕深度作为对ook长度等 脱时间有利于减小hook的危害. 特征进行粗略评估的一个手段 (3)拉速.一方面，由图12可以看到，拉速越 (3)hook的长度、深度及厚度等随着浇铸长度 大，热流越大，也就增加了凝固前沿钢水的过热度， 的增加而减小，在浇铸7.9m后hook各特征基本不 从而抑制弯月面凝固，使得hook变短变窄；另一方 变，这与结晶器热流呈现出相反的关系，热流越大， 面，拉速越大，凝固坯壳往下运动的速度越大，导致 hook越短.第 11 期 杨 文等: LCAK 钢连铸头坯亚表层 hook 结构特征 弯月面受渣圈的影响小，随着凝固的弯月面以拉坯 速度往下走，受界面张力的影响，在新形成的凝固弯 月面尖端支撑着的液态钢水慢慢往外凸起，直到钢 水的重力大于界面张力，此时钢液发生溢流． 溢流 开始时的凝固弯月面长度就是 hook 可能的最大长 度． 溢流后，钢液在初始凝固弯月面上部沿着垂直 凝固弯月面的方向生长． 在负滑脱结束时的 D 点， 渣圈与弯月面之间的间隙最小． ( 5) 在负滑脱阶段结束后的 DA 段，随着渣圈 和弯月面之间间隙的增大以及初始凝固坯壳的向 下运动，更多的钢水发生溢流并最终形成一个新 的弯月面，进而开始下一个 hook 的生长． 最初溢 流的钢水表面凝固形成振痕的上表面，从而形成 一个振痕． 不同于以往的研究认为弯月面凝固开始于负滑 脱阶段［2，5］，上述的 hook 形成机理认为弯月面凝固 分为两个阶段: 一个是在正滑脱后期，弯月面靠近结 晶器壁部分的凝固，其成为振痕的下表面，这将使得 实验中所观察到的 hook 起始点偏离振痕波谷的现 象能够得到很好的解释; 后一阶段是在负滑脱前期， 由前一阶段弯月面凝固导致的弯月面凸起部分的凝 固，其成为最终的 hook． 3. 3 hook 特征的影响因素 ( 1) 结晶器热流． 根据 hook 的形成机理可以 得知，对 hook 形成影响最大的是弯月面的凝固，而 对弯月面凝固影响最直接的又是结晶器热流大小． 结晶器热流越大，说明往凝固前沿提供的热量越多， 弯月面就越不容易凝固，从而 hook 也越短越窄． 如 图 12 所示为实验中拉速与结晶器右窄面热流的变 化，图中虚线处浇铸长度为 7. 9 m． 对比图8，可以看 到，结晶器热流与 hook 各特征之间呈现此消彼长的 关系，热流小时，hook 长度、深度和厚度等都较大， 反之亦然． 由图 12 还可以看到，在浇铸了 7. 9 m 后， 结晶器热流变化不大，这与在浇铸长度为 7. 9 m 后 hook 各特征趋于稳定相吻合． ( 2) 结晶器振动． 主要跟结晶器振动频率和负 滑脱时间有关，负滑脱时间越短，弯月面钢液越早发 生溢流，弯月面凝固的时间就越短，导致凝固弯月面 越短，使得最终生成的 hook 更短更窄． 而结晶器振 动频率越高，负滑脱时间越短． 因此高频率低负滑 脱时间有利于减小 hook 的危害． ( 3) 拉速． 一方面，由图 12 可以看到，拉速越 大，热流越大，也就增加了凝固前沿钢水的过热度， 从而抑制弯月面凝固，使得 hook 变短变窄; 另一方 面，拉速越大，凝固坯壳往下运动的速度越大，导致 图 12 拉速与结晶器右窄面热流的变化 Fig． 12 Variation of casting speed and heat extraction at the right narrow face 溢流更早发生，提供给弯月面凝固的时间更短; 再 者，由表 2 可知拉速越大，负滑脱时间越短． 因此， 在更高拉速条件下形成更短更浅更窄的 hook，这与 图 7 所示的实验结果一致． ( 4) 保护渣性能． 保护渣导热性能越好，从弯 月面往结晶器壁传走的热量就越多，导致更低的弯 月面温度，从而增强弯月面的凝固，使得最后 hook 的长度和厚度更大． 因此要减小 hook 的危害，应适 当减小保护渣的导热性能． ( 5) 钢水过热度． 钢水过热度越大，提供给凝 固前沿的热量就越多，钢水越不容易凝固，使得生成 的 hook 越短． ( 6) 钢液成分． 从两方面分析，一个是糊状区， 低碳钢尤其是超低碳钢相比于中高碳钢，其糊状区 更窄，在凝固时释放的潜热更低，因此更容易凝固， 所以对于低碳钢尤其是超低碳钢，弯月面更容易凝 固从而形成更长的 hook; 另一方面是表面张力，表 面张力越大，钢液越不容易发生溢流，发生溢流前弯 月面的凝固时间就越长，从而造成 hook 越长． 4 结论 ( 1) 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、深度和厚度等也 都呈现增大趋势． ( 2) 随着拉速的增加、振痕深度的减小，hook 各特征都呈现减小的趋势． 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 特征进行粗略评估的一个手段． ( 3) hook 的长度、深度及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． ·1347·