肖鹏程等：超低碳钢连铸坯钩状坯壳的演变与夹杂物的捕集 ·1069· (1)当坯壳与结晶器处于a点的运动位置，钢 204 液在弯月面处凝固形成了一定的坯壳厚度.此时弯 40 月面处的钢液经历了一段时间正滑脱的冷却过程， 60 形成了一个细长的曲线型初生坯壳，这个坯壳也是 0 溢流发生后的凝固钩起始源需要指出的是，在实 120,本文计算的无owk位置坯壳厚度 际凝固过程中，这个初生坯壳的形状是经过渣圈挤 A鱼 140 ●Pfeiler计算的坯壳厚度 压力、渣道压力、钢液静压力等多重作用的共同结 ▲Song计算的坏壳厚度 160 ▲本文计算的hook位置坯壳厚度 果，本模型己依据弯月面凝固溢流原理对此过程进 180 0 123456 行了简化 坏壳厚度与凝固钩深度mm (2)在坯壳经历了a点以后，继续向下运动的 图5模型的计算结果与前人计算的无凝固钩区域的坯壳厚度 过程中，钢液开始溢流，初生凝固钩上方被溢流的钢 对比6，调 液覆盖，到达b点时的形貌如图6(b)所示.在此过 Fig.5 Comparison between present numerical results and results of 程中，凝固钩尖端较细的部分被钢液熔化，同时根部 previous studies 周围的钢液也在初生凝固钩表面凝固，使之变粗. 化、变粗、生长、湮没等过程.同时图中的曲线还标 (3)钢坯壳到达c点时，负滑脱时期结束，钢液 记出了a~e点对应的结晶器和连铸坯的运动状态. 溢流也随之停止，此时的钩状坯壳进一步变短、变粗。 b 6 结晶器 振动速度 拉速 振动周期 1324152315251527153115331535 155 温度L 图6初生坯壳的温度分布变化过程 Fig.6 Temperature distribution of shell hook region (4)当坯壳继续下行到达d点，与a点一样，弯 算温度梯度，结果见表2 月面处的坯壳再次经历了一个凝固的过程，此时，在 表2不同区域的温度梯度 a点形成的钩状坯壳己经到达弯月面下方一个振动 Table 2 Temperature gradient in different regions 周期的高度处，其形状进一步缩短、变粗，但是没有 编号 位置 温度梯度/（℃·m1) 完全消除埋没到坯壳中 P 第一道凝固钩上方（溢流区域） 4995 (5)当坯壳向下运行两个振动周期，坯壳的形 P 第一道凝固钩下方 5141 状如图6(e)所示.与a点相比，e点的钩状坯壳尖 P 第二道凝固钩上方 4163 端逐步被熔化，但是可以看出坯壳内腔还是不均匀 P 第一、二道凝固钩之间 2454 的.上述尺寸演变行为将会对凝固前沿的钢液流动 方向造成显著影响，进而影响到夹杂物的运动行为 3夹杂物被捕集的过程 为分析夹杂物在钩状坯壳附近不同区域的受力 特征，在图6(b)~(e)取了4个典型位置(P1、P2、 3.1夹杂物被钩状坯壳捕集的过程 P、P).以指向凝固前沿方向为正方向，取模型上 根据图4(a)初生坯壳形状的计算结果，用有机 与上述4点最为临近的两个节点的温度和距离，计 玻璃制作了模拟坯壳，模拟夹杂物伴随钢液在结晶肖鹏程等: 超低碳钢连铸坯钩状坯壳的演变与夹杂物的捕集 图 5 模型的计算结果与前人计算的无凝固钩区域的坯壳厚度 对比［16，19］ Fig． 5 Comparison between present numerical results and results of previous studies 化、变粗、生长、湮没等过程． 同时图中的曲线还标 记出了 a ～ e 点对应的结晶器和连铸坯的运动状态． ( 1) 当坯壳与结晶器处于 a 点的运动位置，钢 液在弯月面处凝固形成了一定的坯壳厚度． 此时弯 月面处的钢液经历了一段时间正滑脱的冷却过程， 形成了一个细长的曲线型初生坯壳，这个坯壳也是 溢流发生后的凝固钩起始源． 需要指出的是，在实 际凝固过程中，这个初生坯壳的形状是经过渣圈挤 压力、渣道压力、钢液静压力等多重作用的共同结 果，本模型已依据弯月面凝固溢流原理对此过程进 行了简化． ( 2) 在坯壳经历了 a 点以后，继续向下运动的 过程中，钢液开始溢流，初生凝固钩上方被溢流的钢 液覆盖，到达 b 点时的形貌如图 6( b) 所示． 在此过 程中，凝固钩尖端较细的部分被钢液熔化，同时根部 周围的钢液也在初生凝固钩表面凝固，使之变粗． ( 3) 钢坯壳到达 c 点时，负滑脱时期结束，钢液 溢流也随之停止，此时的钩状坯壳进一步变短、变粗． 图 6 初生坯壳的温度分布变化过程 Fig． 6 Temperature distribution of shell hook region ( 4) 当坯壳继续下行到达 d 点，与 a 点一样，弯 月面处的坯壳再次经历了一个凝固的过程，此时，在 a 点形成的钩状坯壳已经到达弯月面下方一个振动 周期的高度处，其形状进一步缩短、变粗，但是没有 完全消除埋没到坯壳中． ( 5) 当坯壳向下运行两个振动周期，坯壳的形 状如图 6( e) 所示． 与 a 点相比，e 点的钩状坯壳尖 端逐步被熔化，但是可以看出坯壳内腔还是不均匀 的． 上述尺寸演变行为将会对凝固前沿的钢液流动 方向造成显著影响，进而影响到夹杂物的运动行为． 为分析夹杂物在钩状坯壳附近不同区域的受力 特征，在图 6( b) ～ ( e) 取了 4 个典型位置( P1、P2、 P3、P4 ) ． 以指向凝固前沿方向为正方向，取模型上 与上述 4 点最为临近的两个节点的温度和距离，计 算温度梯度，结果见表 2． 表 2 不同区域的温度梯度 Table 2 Temperature gradient in different regions 编号 位置 温度梯度/( ℃·m － 1 ) P1 第一道凝固钩上方( 溢流区域) 4995 P2 第一道凝固钩下方 5141 P3 第二道凝固钩上方 4163 P4 第一、二道凝固钩之间 2454 3 夹杂物被捕集的过程 3. 1 夹杂物被钩状坯壳捕集的过程 根据图 4( a) 初生坯壳形状的计算结果，用有机 玻璃制作了模拟坯壳，模拟夹杂物伴随钢液在结晶 · 9601 ·