Vol.26 No.4 张家泉等：板还连铸结晶器内温度/应力场耦合模型 375 表1铜的热膨胀系数 的一个显著特征是，在靠近铸坯角部的一定区域 Table 1 Thermal expansion parameters of copper plate 范围内，铸坯温度相对较高，凝固进程滞后于其 温度/℃ 15 71127 227327 它区域，坯壳较薄. 热膨胀系数15.215.7 16.517.618.3 图4中等温线的疏密程度代表了温度梯度的 大小.可以看出，铸坯中部的温度梯度高于角部， 2模型应用 由此可知铸坯中部散热比角部快.铸坯内部越靠 近表面温度梯度也越大， 21横断面温度分布和还壳厚度 对于结晶器铜板，中部的温度梯度大于角 图4为模型计算出的结晶器出口处铸坯和结 部，越靠近热面一侧温度梯度也越大， 晶器铜板横断面的等温线分布图.横断面温度场 图5为沿结晶器不同高度上固态坯壳横断面 1-1540℃2-1432℃3-1324℃ 4-1216℃5-1108℃ B. 几几U几几&LU A-33.3℃B-100.0'℃C-166.7℃D-200.0℃E-266.7℃ 图4结晶器出口处横断面温度场 Fig.4 Temperature field on the cross section at the exit of the mould 形状变化.此处，以固相分率5等于08的等温线 性，距离角部一定区域范围内，铜板变形量最大， (T)作为坯壳的内表面.由该图可以看出，在离 随着离弯月面距离的增加，铜板变形量逐渐增 弯月面100mm处坯壳生长就已经开始表现出不 大，并且变形的不均匀性愈发明显，在结晶器出 均匀性，角部坯壳生长开始变缓，随着离弯月面 口处，铜板角部附近偏角区的变形量最大，坯壳 距离的增加，坯壳不均匀性愈发明显，在结晶器 最薄的区域是离角部100-250mm的一定区域范 出口处，铸坯角部附近偏角区的坯壳明显比中部 围内， 坯壳薄.坯壳最薄的区域是离角部100~200mm的 铜板的不均匀变形，造成铸坯与铜板接触的 偏角区. 不均匀性，从而导致铸坯表面温度的不均匀性. 2.2铜板的热机械变形 铜板偏离角部一定区域的大的变形量，必然造成 图6为沿结晶器不同高度上结晶器铜板的变 与铸坯之间的大的气隙量，从而导致热阻增大， 形情况.可见，在离弯月面100mm处铜板已经发 传热效果减弱，从而使得此处的温度偏高，这与 生变形，并且表现出沿宽度方向变形的不均匀 实际得到的温度分布正好吻合. 0.3 100 mm 200mm 0.2 750 mm 工8mm 距弯月面距离，mm A-100B-200C-300D400 ww/ 0 E一500F600G-700H-750 0.2 0.4 0.6 0 100200300400500600700 距离铜板边部的距离/mm 图6结晶器不同高度上结晶器铜板的变形 图5离弯月面不同高度上还壳形状分布情况 Fig.6 Deformation of the copper plate at various locations Fig.5 Shell contour at various locations from the meniscus from the meniscusV b L 2 6 N o . 4 张 家泉 等 : 板坯 连铸 结 晶器 内温度 l应 力场祸 合模 型 . 37 5 - 表 1 铜 的热膨 胀 系数 Ta b el 1 T h e rm a l e Px a n si o n P a r a m et e sr o f e o P P e r P al et 温 度 /,C 15 7 1 1 2 7 2 2 7 3 2 7 热膨 胀 系数 15 . 2 1 5 . 7 1 6 . 5 1 7 . 6 1 8 . 3 2 模 型 应 用 .2 1 横 断面 温度 分 布和 坯 壳厚 度 图 4 为模 型计 算出的结 晶器 出 口 处铸 坯和结 晶器铜 板横 断面 的等温 线 分布 图 . 横 断面温 度场 的一个 显著 特征 是 , 在靠 近铸 坯 角部 的一 定 区域 范 围 内 , 铸坯 温 度 相对 较 高 , 凝 固进 程滞 后 于其 它 区 域 , 坯 壳较 薄 . 图 4 中等温 线 的疏密 程度 代表 了温 度梯 度 的 大 小 . 可 以 看 出 , 铸 坯 中部 的温度 梯度高 于角 部 , 由此可 知铸 坯 中部散 热 比角部 快 . 铸坯 内部越靠 近 表面 温度 梯 度 也越 大 . 对 于 结 晶器 铜 板 , 中 部 的 温 度梯 度 大 于 角 部 , 越 靠近 热 面 一侧温 度 梯度 也 越 大 . 图 5为 沿 结晶器 不 同高度 上固 态坯 壳横 断面 {{ …1 ,一 1 5 4。℃ 2一 1。 2℃ ,一 1 3 2 4℃ 蒸 一 : ’巧竺 5一” 0 . 价 t 亏当匕二二字 二兰二 罗二二二 二二二 二 — — ~ ~ `二 二 ~ ` `` 二二 ` - ` 二二 茸二二 二宝罗 二二二 二二二二 A e 3 3 3 ℃ F馆 . 4 eT m伴ar B一 10 0 . 0℃ C一 1 66 7 ℃ n 一 2 0 0 . 0℃ E一 2 6 6 . 7℃ 图 4 结 晶器 出 口处 横 断面 温 度场 lt er n e】d 0 . ht e e r o , , , e c Uo . a t 比 e e x i t o f t b e 口 o u l d 形 状变 化 . 此 处 , 以固相 分率石等 于 .0 8 的等温 线 (.T 0) 作 为坯 壳 的 内表 面 . 由该 图 可 以看 出 , 在 离 弯 月面 10 0 ~ 处坯 壳 生长 就 已经 开 始表现 出不 均 匀性 , 角部 坯 壳生 长 开始 变缓 , 随 着离 弯 月面 距 离 的增加 , 坯 壳不 均匀 性 愈发 明显 , 在 结 晶器 出 口 处 , 铸坯 角部 附近 偏 角区 的坯 壳明 显 比 中部 坯壳 薄 . 坯壳 最薄 的区 域 是离 角部 10 一2 0 m r n 的 偏 角区 . .2 2 铜板 的 热机 械 变形 图 6 为 沿结 晶器 不 同高度 上结 晶器铜 板 的变 形情 况 . 可 见 , 在 离弯 月面 10 0 ~ 处铜 板 己经 发 生变 形 , 并 且表 现 出沿 宽度 方 向变 形 的不 均 匀 性 , 距 离角 部一 定 区域 范 围 内 , 铜 板变 形量 最大 . 随着 离 弯 月面 距 离 的增 加 , 铜 板 变形 量 逐渐 增 大 , 并且 变 形 的不 均匀 性 愈发 明显 , 在 结 晶器 出 口 处 , 铜 板 角部 附 近偏 角 区 的变形 量 最 大 . 坯 壳 最 薄 的区 域 是离 角部 10 一2 50 m m 的一 定 区 域范 围 内 . 铜 板 的 不均 匀变 形 , 造 成铸 坯与 铜 板接 触 的 不 均匀 性 , 从而 导 致铸坯表 面温 度 的不均 匀 性 . 铜 板偏 离角 部一 定区 域 的大 的变形 量 , 必然 造成 与铸 坯 之 间 的大 的气 隙量 , 从 而 导致 热 阻 增 大 , 传 热效 果减 弱 , 从而 使 得此 处 的温 度 偏高 , 这与 实 际 得 到 的温 度 分布 正好 吻 合 . 刁 咽靛粼遏日 … 4 n 1 6 刁9图 6 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 距 离铜 板 边部 的距 离m/ m 结 晶器 不 同高度 上结 晶器 铜板 的变 形 图 5 离 弯 月面不 同高 度上坯 壳形 状 分布情 况 F i.g 5 S h el e o . t o u r a t v a iOr u s l o e a it o n s fOr m th e m e n is c u s F电 . 6 D e fo r m a住o n Of t h e e o P p e r P la et a t v a r iO u s l o e a 6 o n s 介o m t h e m e n is C U s