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 ·1073· 由图13(a)可见，随着夹杂物尺寸的增加，夹杂物受 4]Kumar A,Choudhary S K,Ajmani S K.Distribution of macroin- 力持续增大.但是不同尺寸夹杂物受力方向存在较 clusions across slab thickness.IS//Int,2012,52(12)2305 [5] Deng XX,Ji C X,Dong W L,et al.Distribution of macro-inclu- 为显著的差异.由图13(b)可见，夹杂物受合力与 sions in low carbon aluminium-killed steel slabs./ronmak Steel- 水平分力夹角0的正切值随夹杂物的尺寸的增加发 mak,2017(7),https:/1doi.org/10.1080/03019233.2017. 生了较大的变化.。当tan0>1,夹杂物趋于朝向凝固 1305676 前沿的方向运动.当tan0<1,夹杂物趋于沿着凝固 Wang M,Bao Y P,Cui H,et al.Surface cleanliness evaluation in 前沿平行运动.由此据图13(b)可知，在没有凝固 Ti stabilised ultralow carbon (Ti-IF)steel.fronmak Steelmak, 钩的坯壳区域，由于其凝固前沿呈垂直走向，大尺寸 2011,38(5):386 7] (>100um)夹杂物不容易被坯壳捕集，小尺寸夹杂 Emi T.Influence of physical and chemical properties of mold pow- ders on the solidification and occurrence of surface defects of strand 物容易被捕集. cast slabs.Steelmaking Proceedings,1978,61:350 4结论 Tomono H,Kurz W,Heinemann W.The liquid steel meniscus in molds and its relevance to the surface quality of castings.Metall (1)钢液在弯月面形成初生凝固钩后随坯壳下 Trans B,1981,12(2):409 行的过程中，不会立刻埋没进入钢液，而是要经历熔 9]Fredriksson H,Elfsberg J.Thoughts about the initial solidification process during continuous casting of steel.Scand J Metall,2002, 化、变粗、生长、湮没等过程.拉速1.3mmin条件 31(5):292 下最终湮没存留在坯壳中的凝固钩深度约为2.5 [10] Sengupta J,Thomas B G,Shin HJ,et al.Mechanism of hook mm.模拟计算揭示了凝固钩的演变过程，其形貌特 formation in ultralow-carbon steel based on microscopy analysis 征与普通铸坯表层和漏钢坯壳的金相形貌特征较为 and thermal-stress modeling.Iron Steel Technol,2007,4(7): 吻合. 83 (2)初生凝固钩下表面最容易捕获夹杂物.第 [11]Sengupta J,Shin H J,Thomas B G,et al.Micrograph evidence of meniscus solidification and sub-surface microstructure evolution 2道及以后的凝固钩，仍然存在捕集夹杂物的行为， in continuous-east ultralow-carbon steels.Acta Mater,2006,54 但几率减小.凝固钩的存在不仅增大了夹杂物上浮 (4):1165 过程中遭遇的坯壳拦截面积，还对附近的钢液的流 [12]Takeuchi E,Brimacombe J K.Effect of oscillation-mark forma- 动构成了拦截和扰动.这使得夹杂物上浮过程容易 tion on the surface quality of continuously cast steel slabs.Metall 在凝固钩附近发生回旋运动，增大了夹杂物与凝固 Trans B,1985,16(3):605 前沿相伴运行的行程，使夹杂物被坯壳表层捕获的 [13]Yasunaka H,Yamanaka R,Inoue T,et al.Pinhole and inclu- sion defects formed at the subsurface in ultra low carbon steel. 几率加大. Tetsu-o-Hagane,1995,81(5):529 (3)夹杂物在凝固钩区域不同位置受力分析表 04]Yang W,Xu Z G,Xue Y Q,et al.Structure characteristic of 明，夹杂物在凝固钩下表面受到的指向凝固前沿的 subsurface hooks in continuous cast LCAK steel head slabs.J 合力最大，溢流区的夹杂物受力次之，造成夹杂物在 Univ Sci Technol Beijing,2011,33(11):1341 这两个区域最容易被坯壳捕获；最不容易捕捉夹杂 (杨文，许志刚，薛勇强，等.LCAK钢连铸头坯亚表层hook 结构特征.北京科技大学学报，2011,33(11)：1341) 物的位置是凝固钩上表面，夹杂物在此区域受到的 [15]Zhang X B,Zhang L F,Wang H,et al.Subsurface hooks in 合力最小：在没有凝固钩的坯壳的垂直面，容易捕集 continuous casting slabs of low-carbon steel.Chin Eng,2017, 尺寸小于100m的夹杂物，不容易捕集大尺寸夹 39(2):251 杂物. (张旭彬，张立峰，王皓，等。低碳钢连铸板坯表层凝固钩的 特征.工程科学学报，2017,39(2)：251) [16]Pfeiler C,Thomas BG,Wu M,et al.Solidification and particle 参考文献 entrapment during continuous casting of steel.Steel Res Int, [Qin Y M,Wang X H,Huang F X,et al.Influence of reoxidation 2008,79(8):599 by slag and air on inclusions in IF steel.Metall Res Technol, [17]Yuan P,Deng XX,Jiang M,et al.Investigation of subsurface 2015,112(4):405 hooks in continuous cast low carbon aluminum-illed steel slab. Wang M,Bao Y P,Zhao L H,et al.Distribution and detriment of Iron Steel,2015,50(8):24 bubbles in continuous casting interstitial free steel slab.IS//Int, (苑鹏，邓小旋，姜敏，等.低碳铝镇静钢铸坯皮下钩状坯 2015,55(4):799 壳.钢铁，2015,50(8)：24) B]Hanao M,Kawamoto M,Yamanaka A.Growth of solidified shell [18]Bottger B.Apel M,Santillana B,et al.Phase-field modelling of just below the meniscus in continuous casting mold.IS/Int, microstructure formation during the solidification of continuously 2009,49(3):365 cast low carbon and HSLA steels /IOP Conference Series:Mate-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 由图 13( a) 可见，随着夹杂物尺寸的增加，夹杂物受 力持续增大． 但是不同尺寸夹杂物受力方向存在较 为显著的差异． 由图 13( b) 可见，夹杂物受合力与 水平分力夹角 θ 的正切值随夹杂物的尺寸的增加发 生了较大的变化． 当 tanθ ＞ 1，夹杂物趋于朝向凝固 前沿的方向运动． 当 tanθ ＜ 1，夹杂物趋于沿着凝固 前沿平行运动． 由此据图 13( b) 可知，在没有凝固 钩的坯壳区域，由于其凝固前沿呈垂直走向，大尺寸 ( ＞ 100 μm) 夹杂物不容易被坯壳捕集，小尺寸夹杂 物容易被捕集． 4 结论 ( 1) 钢液在弯月面形成初生凝固钩后随坯壳下 行的过程中，不会立刻埋没进入钢液，而是要经历熔 化、变粗、生长、湮没等过程． 拉速 1. 3 m·min － 1条件 下最终湮没存留在坯壳中的凝固钩深度约为 2. 5 mm． 模拟计算揭示了凝固钩的演变过程，其形貌特 征与普通铸坯表层和漏钢坯壳的金相形貌特征较为 吻合． ( 2) 初生凝固钩下表面最容易捕获夹杂物． 第 2 道及以后的凝固钩，仍然存在捕集夹杂物的行为， 但几率减小． 凝固钩的存在不仅增大了夹杂物上浮 过程中遭遇的坯壳拦截面积，还对附近的钢液的流 动构成了拦截和扰动． 这使得夹杂物上浮过程容易 在凝固钩附近发生回旋运动，增大了夹杂物与凝固 前沿相伴运行的行程，使夹杂物被坯壳表层捕获的 几率加大． ( 3) 夹杂物在凝固钩区域不同位置受力分析表 明，夹杂物在凝固钩下表面受到的指向凝固前沿的 合力最大，溢流区的夹杂物受力次之，造成夹杂物在 这两个区域最容易被坯壳捕获; 最不容易捕捉夹杂 物的位置是凝固钩上表面，夹杂物在此区域受到的 合力最小; 在没有凝固钩的坯壳的垂直面，容易捕集 尺寸小于 100 μm 的夹杂物，不容易捕集大尺寸夹 杂物． 参 考 文 献 ［1］ Qin Y M，Wang X H，Huang F X，et al． Influence of reoxidation by slag and air on inclusions in IF steel． Metall Ｒes Technol， 2015，112( 4) : 405 ［2］ Wang M，Bao Y P，Zhao L H，et al． Distribution and detriment of bubbles in continuous casting interstitial free steel slab． ISIJ Int， 2015，55( 4) : 799 ［3］ Hanao M，Kawamoto M，Yamanaka A． Growth of solidified shell just below the meniscus in continuous casting mold． ISIJ Int， 2009，49( 3) : 365 ［4］ Kumar A，Choudhary S K，Ajmani S K． Distribution of macroin￾clusions across slab thickness． ISIJ Int，2012，52( 12) : 2305 ［5］ Deng X X，Ji C X，Dong W L，et al． Distribution of macro-inclu￾sions in low carbon aluminium-killed steel slabs． Ironmak Steel￾mak，2017 ( 7 ) ，https: / / doi． org /10． 1080 /03019233． 2017． 1305676 ［6］ Wang M，Bao Y P，Cui H，et al． Surface cleanliness evaluation in Ti stabilised ultralow carbon ( Ti--IF) steel． Ironmak Steelmak， 2011，38( 5) : 386 ［7］ Emi T． Influence of physical and chemical properties of mold pow￾ders on the solidification and occurrence of surface defects of strand cast slabs． Steelmaking Proceedings，1978，61: 350 ［8］ Tomono H，Kurz W，Heinemann W． The liquid steel meniscus in molds and its relevance to the surface quality of castings． Metall Trans B，1981，12( 2) : 409 ［9］ Fredriksson H，Elfsberg J． Thoughts about the initial solidification process during continuous casting of steel． Scand J Metall，2002， 31( 5) : 292 ［10］ Sengupta J，Thomas B G，Shin H J，et al． Mechanism of hook formation in ultralow-carbon steel based on microscopy analysis and thermal-stress modeling． Iron Steel Technol，2007，4 ( 7) : 83 ［11］ Sengupta J，Shin H J，Thomas B G，et al． Micrograph evidence of meniscus solidification and sub-surface microstructure evolution in continuous-cast ultralow-carbon steels． Acta Mater，2006，54 ( 4) : 1165 ［12］ Takeuchi E，Brimacombe J K． Effect of oscillation-mark forma￾tion on the surface quality of continuously cast steel slabs． Metall Trans B，1985，16( 3) : 605 ［13］ Yasunaka H，Yamanaka Ｒ，Inoue T，et al． Pinhole and inclu￾sion defects formed at the subsurface in ultra low carbon steel． Tetsu-to-Hagané，1995，81( 5) : 529 ［14］ Yang W，Xu Z G，Xue Y Q，et al． Structure characteristic of subsurface hooks in continuous cast LCAK steel head slabs． J Univ Sci Technol Beijing，2011，33( 11) : 1341 ( 杨文，许志刚，薛勇强，等． LCAK 钢连铸头坯亚表层 hook 结构特征． 北京科技大学学报，2011，33( 11) : 1341) ［15］ Zhang X B，Zhang L F，Wang H，et al． Subsurface hooks in continuous casting slabs of low-carbon steel． Chin J Eng，2017， 39( 2) : 251 ( 张旭彬，张立峰，王皓，等． 低碳钢连铸板坯表层凝固钩的 特征． 工程科学学报，2017，39( 2) : 251) ［16］ Pfeiler C，Thomas B G，Wu M，et al． Solidification and particle entrapment during continuous casting of steel． Steel Ｒes Int， 2008，79( 8) : 599 ［17］ Yuan P，Deng X X，Jiang M，et al． Investigation of subsurface hooks in continuous cast low carbon aluminum-killed steel slab． Iron Steel，2015，50( 8) : 24 ( 苑鹏，邓小旋，姜敏，等． 低碳铝镇静钢铸坯皮下钩状坯 壳． 钢铁，2015，50( 8) : 24) ［18］ Bttger B，Apel M，Santillana B，et al． Phase-field modelling of microstructure formation during the solidification of continuously cast low carbon and HSLA steels / / IOP Conference Series: Mate- · 3701 ·