·1660 工程科学学报，第43卷，第12期 混浇坯长度：结合不同钢种的钢包内钢液的实际 进行浇注，浇注时间约为37min,浇注过程中间包 成分，可计算混浇坯上不同位置元素质量分数. 内钢液净重平均值约为32：混浇过程中两炉钢种 中间包的液位基本保持不变，拉速保持恒定约为 2混浇模型验证 1.25mmin.混浇结束后人工在划定的混浇定尺 2.1模型参数确定 铸坯头部与尾部的角部取样进行光谱分析成分 国内某厂单流板坯连铸机的主要技术参数如 表2为混浇钢种钢包内钢液的成分.结合式(5)~ 表1所示. (7)获得的混浇过程模型的关键参数，其中中间包 表1连铸机的主要技术参数 内剩余钢液体积为2.6m3,中间包内钢液滞留时间 Table 1 Key technical parameters of a slab caster 为88s,结晶器内钢液的冲击深度为0.5m,将其代 Parameter Value 入式(1)与式(3)，可获得换钢种过程不同时刻中 Type of the caste Straight-arc type 间包内钢液的平均混合率以及铸流上不同位置铸 Strand of the caster 坯对应的混合率 Metallurgical length of the caster/m 6 表2混浇钢种及其钢包内的成分（质量分数） Section size of slab/(mmxmm) 220×1560 Table 2 Element composition in ladle during continuous casting Effective length of mold copper plate/m 1 grade transitio % Type of submerged nozzle Two side outlet Steel grade Si Mn Type of tundish Rectangle flow control device Q235 0.180.100.300.0190.0061 0 Working capacity of tundish/t 32 Q355Ti 0.160.100.350.0180.0054 0.0514 混浇钢种为Q235以及Q335Ti,根据建立的异 严格来说混浇坯起始位置处铸流混合率为0， 钢种混浇过程水模型模拟试验装置，设计试验方 结束位置处为1.实际异钢种混浇过程中，并不是 案，文献[26进行水模拟试验：文献[27]进行异钢 只有完全是“旧钢种”或者完全是“新钢种”才为合 种混浇过程中间包及结品器内流动的数值模拟 格铸坯，混浇坯中成分接近“旧钢种”的可以判定 通过数据拟合可获得中间包内各流钢液的平 为“旧钢种”铸坯，同样接近“新钢种”的可以判定 均停留时间t妇与其内不同钢液体积V的函数关 为“新钢种”铸坯，都不接近的为混浇坯，需特殊处 系，以及混浇开始时刻中间包内剩余钢液体积 理，故需通过定义开始混合率和结束混合率标准 '。与中间包内钢液净重W的函数关系，如式(5) 来区分混浇坯.对于Q235与Q335Ti钢进行异钢 和(6) 种连浇时，判定混浇坯的混合率标准为：开始混合 a=43.87V-27.90 (5) 率为0.17，结束混合率为0.832 W=7.02Vo+0.01 (6) 图5为混浇坯长度及成分变化模型计算的Q235 式中：为中间包内各流钢液的平均停留时间，s; 以及Q335T钢混浇过程不同时刻中间包内钢液 '为中间包内不同的钢液体积，m3:'。为混浇开始 的平均混合率以及俦流的混合率.由图可知，同一 时刻中间包内剩余钢液体积，m3:W为中间包内钢 时刻，铸流的混合率都低于中间包内钢液的平均 液的净重，t 混合率，因为模型选取的参数其中中间包钢液平 根据试验结果，通过数据拟合获得拉速ⅴ与结 均混合率的滞后系数小，即所占的比重小.图6为 晶器内钢液的冲击深度D的关系如式(7).确定铸 铸流上不同浇注长度铸坯对应的混合率.由图可 流的滞后系数，e1和e2分别为0.9和0.1 知.混浇坯开始位置为混浇开始111s时对应铸流 D=0.21v+0.22 (7) 上的浇注长度，混浇坯结束位置为混浇进行到790s 式中：D为结晶器内钢液的冲击深度，m 时对应铸流上的浇注长度，故铸流上混浇坯的长 2.2模型验证 度约为14.7m,与现场人工判定的基本一致 铸坯断面为220mm×1560mm,混浇钢种为 结合模型计算的铸流上不同浇注长度铸坯对 Q235以及Q335Ti.上一个浇次最后一炉Q235进 应的混合率，根据混浇坯不同位置元素质量分数 行浇注，浇注时间约为35min,浇注过程中间包内 计算公式(4)，计算得混浇坯沿拉坯方向不同位置 钢液净重平均值约为32t:下一个浇次第一炉Q335Ti 铸坯主要元素质量分数的分布如图7所示.由图混浇坯长度；结合不同钢种的钢包内钢液的实际 成分，可计算混浇坯上不同位置元素质量分数. 2    混浇模型验证 2.1    模型参数确定 国内某厂单流板坯连铸机的主要技术参数如 表 1 所示. 表 1 连铸机的主要技术参数 Table 1   Key technical parameters of a slab caster Parameter Value Type of the caster Straight-arc type Strand of the caster 1 Metallurgical length of the caster/m 36 Section size of slab/(mm×mm) 220×1560 Effective length of mold copper plate/m 1 Type of submerged nozzle Two side outlet Type of tundish Rectangle flow control device Working capacity of tundish/t 32 混浇钢种为 Q235 以及 Q335Ti，根据建立的异 钢种混浇过程水模型模拟试验装置，设计试验方 案，文献 [26] 进行水模拟试验；文献 [27] 进行异钢 种混浇过程中间包及结晶器内流动的数值模拟. 通过数据拟合可获得中间包内各流钢液的平 均停留时间 ta 与其内不同钢液体积 V 的函数关 系 ，以及混浇开始时刻中间包内剩余钢液体积 V0 与中间包内钢液净重 W 的函数关系，如式（5） 和（6）. ta = 43.87V −27.90 （5） W = 7.02V0 + 0.01 （6） 式中：ta 为中间包内各流钢液的平均停留时间，s； V 为中间包内不同的钢液体积，m 3 ；V0 为混浇开始 时刻中间包内剩余钢液体积，m 3 ；W 为中间包内钢 液的净重，t. 根据试验结果，通过数据拟合获得拉速 v 与结 晶器内钢液的冲击深度 D 的关系如式（7）. 确定铸 流的滞后系数，εi,1 和 εi,2 分别为 0.9 和 0.1. D = 0.21v + 0.22 （7） 式中：D 为结晶器内钢液的冲击深度，m. 2.2    模型验证 铸坯断面 为 220  mm×1560 mm，混浇钢种 为 Q235 以及 Q335Ti. 上一个浇次最后一炉 Q235 进 行浇注，浇注时间约为 35 min，浇注过程中间包内 钢液净重平均值约为 32 t；下一个浇次第一炉 Q335Ti 进行浇注，浇注时间约为 37 min，浇注过程中间包 内钢液净重平均值约为 32 t；混浇过程中两炉钢种 中间包的液位基本保持不变，拉速保持恒定约为 1.25 m∙min−1 . 混浇结束后人工在划定的混浇定尺 铸坯头部与尾部的角部取样进行光谱分析成分. 表 2 为混浇钢种钢包内钢液的成分. 结合式（5）～ （7）获得的混浇过程模型的关键参数，其中中间包 内剩余钢液体积为 2.6 m3 ，中间包内钢液滞留时间 为 88 s，结晶器内钢液的冲击深度为 0.5 m，将其代 入式（1）与式（3），可获得换钢种过程不同时刻中 间包内钢液的平均混合率以及铸流上不同位置铸 坯对应的混合率. 表 2 混浇钢种及其钢包内的成分（质量分数） Table 2 Element composition in ladle during continuous casting grade transitio                                                                                   % Steel grade C Si Mn P S Ti Q235 0.18 0.10 0.30 0.019 0.0061 0 Q355Ti 0.16 0.10 0.35 0.018 0.0054 0.0514 严格来说混浇坯起始位置处铸流混合率为 0， 结束位置处为 1. 实际异钢种混浇过程中，并不是 只有完全是“旧钢种”或者完全是“新钢种”才为合 格铸坯，混浇坯中成分接近“旧钢种”的可以判定 为“旧钢种”铸坯，同样接近“新钢种”的可以判定 为“新钢种”铸坯，都不接近的为混浇坯，需特殊处 理，故需通过定义开始混合率和结束混合率标准 来区分混浇坯. 对于 Q235 与 Q335Ti 钢进行异钢 种连浇时，判定混浇坯的混合率标准为：开始混合 率为 0.17，结束混合率为 0.83[28] . 图 5 为混浇坯长度及成分变化模型计算的 Q235 以及 Q335Ti 钢混浇过程不同时刻中间包内钢液 的平均混合率以及铸流的混合率. 由图可知，同一 时刻，铸流的混合率都低于中间包内钢液的平均 混合率，因为模型选取的参数其中中间包钢液平 均混合率的滞后系数小，即所占的比重小. 图 6 为 铸流上不同浇注长度铸坯对应的混合率. 由图可 知，混浇坯开始位置为混浇开始 111 s 时对应铸流 上的浇注长度，混浇坯结束位置为混浇进行到 790 s 时对应铸流上的浇注长度，故铸流上混浇坯的长 度约为 14.7 m，与现场人工判定的基本一致. 结合模型计算的铸流上不同浇注长度铸坯对 应的混合率，根据混浇坯不同位置元素质量分数 计算公式（4），计算得混浇坯沿拉坯方向不同位置 铸坯主要元素质量分数的分布如图 7 所示. 由图 · 1660 · 工程科学学报，第 43 卷，第 12 期