第3期 何庆文等：基于MLE法模拟结晶器中大方坯温度场、应力场及流场 ,293. d 1.000 0.933 0.867 0.800 0.733 0.667 0.600 0.533 0.467 0.400 0.333 0.267 0.200 0.133 0.067 0 Solidified fraction 图4结晶器内大方坯凝固模拟结果.(a)8.195(b)24.045(c)50.52÷(d)59.59÷(e)59.59s Fig 4 Siulted results of solidification of a bban in the mok (a)8.19s (b)24.04s (c)50.52 (d)59.59s (e)59.59 s X-Y (b) 图5大方坯出结晶器时温度场(a)及凝固坯壳厚度(b) Fg 5 Temperature fiel (a)and solidifying shell thickness (b)of a bban which is just out of the mold 钢液在结晶器中非常重要的特性是，铸坯的等温线 现象 和凝固等值线是对称的，具有顺序凝固特性，表明凝 图5为出结晶器时温度场及坯壳厚度，出结晶 固过程仅仅是通过散热控制的，由图3可以看出， 器时铸坯坯壳中部厚度约为17.5mm,角部厚度约 过冷仅局限在凝固界面附近，它主要是成分过冷，由 为13.2mm,与实际生产中出结晶器时铸坯坯壳厚 于液相中的对流传热及导热，随着钢液流动的进行， 度15~20mm较为吻合.连铸坯角部的坯壳厚度 液相温度不断下降，过冷区扩大，过冷度也随之增 较薄，温度相对较高，也是漏钢经常发生的地方， 大·通常凝固界面附近的液相优先获得过冷，为晶 其原因是随着凝固的进行，角部初期由于是二维 核的长大创造条件，在出结晶器时，形成了一定的 传热，传热较快，收缩较大产生了角部气隙，其热 温度梯度及凝固坯壳厚度，铸坯中心温度从上到下 阻较大，不利于传热，使得传热变慢，这与文献[9] 总体呈下降趋势，但由于流场的影响，等温区间不是 结果一致 呈规则的变化，而是与流场变化具有一定的相似性， 3.2应力模拟结果 凝固等值区也出现如图4(a)~(d)所示的变化，由 由图6(a)、(b)可以看到，凝固前沿应力和温 图4（©）可以发现，随钢液在结晶器内填充的进行， 度的变化趋势一致，这证实凝固坯壳内的应力主要 铸坯外表面逐渐形成凝固层，并逐渐增厚，在出结晶 是热应力，因此，欲降低坯壳中的热应力水平，应从 器时，形成一定的凝固坯壳厚度，以避免形成拉漏等 结晶器与凝固坯壳的热交换入手，而这与结晶器的第 3期 何庆文等： 基于 ＭｉＬＥ法模拟结晶器中大方坯温度场、应力场及流场 图 4 结晶器内大方坯凝固模拟结果．（ａ）8∙19ｓ；（ｂ）24∙04ｓ；（ｃ）50∙52ｓ；（ｄ）59∙59ｓ；（ｅ）59∙59ｓ Ｆｉｇ．4 Ｓｉｍｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆａｂｌｏｏｍｉｎｔｈｅｍｏｌｄ：（ａ）8∙19ｓ；（ｂ）24∙04ｓ；（ｃ）50∙52ｓ；（ｄ）59∙59ｓ；（ｅ）59∙59ｓ 图 5 大方坯出结晶器时温度场 （ａ）及凝固坯壳厚度 （ｂ） Ｆｉｇ．5 Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ（ａ） ａｎｄｓｏｌｉｄｉｆｙｉｎｇｓｈｅｌｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓ（ｂ） ｏｆａｂｌｏｏｍｗｈｉｃｈｉｓｊｕｓｔｏｕｔｏｆｔｈｅｍｏｌｄ 钢液在结晶器中非常重要的特性是‚铸坯的等温线 和凝固等值线是对称的‚具有顺序凝固特性‚表明凝 固过程仅仅是通过散热控制的．由图 3可以看出‚ 过冷仅局限在凝固界面附近‚它主要是成分过冷‚由 于液相中的对流传热及导热‚随着钢液流动的进行‚ 液相温度不断下降‚过冷区扩大‚过冷度也随之增 大．通常凝固界面附近的液相优先获得过冷‚为晶 核的长大创造条件．在出结晶器时‚形成了一定的 温度梯度及凝固坯壳厚度．铸坯中心温度从上到下 总体呈下降趋势‚但由于流场的影响‚等温区间不是 呈规则的变化‚而是与流场变化具有一定的相似性‚ 凝固等值区也出现如图 4（ａ）～（ｄ）所示的变化．由 图 4（ｅ）可以发现‚随钢液在结晶器内填充的进行‚ 铸坯外表面逐渐形成凝固层‚并逐渐增厚‚在出结晶 器时‚形成一定的凝固坯壳厚度‚以避免形成拉漏等 现象． 图 5为出结晶器时温度场及坯壳厚度‚出结晶 器时铸坯坯壳中部厚度约为 17∙5ｍｍ‚角部厚度约 为 13∙2ｍｍ‚与实际生产中出结晶器时铸坯坯壳厚 度 15～20ｍｍ较为吻合．连铸坯角部的坯壳厚度 较薄‚温度相对较高‚也是漏钢经常发生的地方‚ 其原因是随着凝固的进行‚角部初期由于是二维 传热‚传热较快‚收缩较大产生了角部气隙‚其热 阻较大‚不利于传热‚使得传热变慢‚这与文献 ［9］ 结果一致． 3∙2 应力模拟结果 由图 6（ａ）、（ｂ）可以看到‚凝固前沿应力和温 度的变化趋势一致‚这证实凝固坯壳内的应力主要 是热应力．因此‚欲降低坯壳中的热应力水平‚应从 结晶器与凝固坯壳的热交换入手‚而这与结晶器的 ·293·