·1664 工程科学学报，第39卷，第11期 2.3传热过程分析 过模拟计算得出，坯壳厚度由13.1mm降低为 根据经验，从保证浇铸安全和防止结晶器出口坯 10.4mm,坯壳的凝固过程曲线和结晶器出口坯壳横断 壳变形等角度考虑，一般板坯、大方坯出结晶器下口的 面见图3所示.试验过程中，保持拉速和过热度的稳 坯壳厚度范围大于15mm,小方坯为8~10mm之 定，随着冷却水量的降低，结晶器出口坯壳厚度逐渐变 间回.将结晶器水量由155h降低到145h,通 薄，试验水量满足连铸工艺的要求. 900 900 (a) 凝周曲线1 凝固曲线2 800 800 700 700 600 600 500 500 400 400 液相区 液相区 300 300 200 200 100 100 306090120150180 00 306090120150180 结品器宽度/mm 结品器宽度mm 图3结晶器内钢液凝固坯壳变化.(a)结品器水量为155th1:(b)结品器水量为145th1 Fig.3 Change of solidified shell in the mold:(a)the amount of mold water is 155th-1:(b)the amount of mold water is 145t.h-1 结晶器内初生坯壳厚度不均往往成为铸坯的裂纹 1.0 源，降低振痕深度可以减少铸坯的横裂纹产生，结晶器 0.9 采用高频率、小振幅振动是减轻振痕深度和横裂纹的 0.8 有效措施.结晶器振动参数之间满足一定的关系，如 0.7 0.6 公式☒(5)所示 《 tw=60cos-1/1000ws1 (5) 0.4 0.37s 03 120 min 0.25s 式中：tw为负滑脱时间，s∫为振动频率，min:v。表示 0.2 280 min 铸坯拉速，m·minl;s表示振动冲程（两倍于振幅）， 0.1 0.10s mm 0 0.1 一般1、的取值范围为0.10~0.25s,铸坯表面振 0 50100150200250300350400450500550600 振动频率minl 痕的机理及生产实践表明，负滑脱时间对铸坯表面 图4结品器负滑脱时间随振动频率的变化 振痕深度的影响较大，1、值大则振痕深，、值小则振 Fig.4 Change of minus slip time of mold with vibration frequency 痕浅☒.因负滑脱时间决定坯壳凹陷的深度，负滑 脱时间越长，坯壳凹陷越深，振痕也就越深，负滑脱 止局部过冷的重要措施.为研究在不同的比水量下铸 时间过短，将不利于保护渣润滑和消耗，坯壳容易 坯表面和角部的温度变化趋势，通过模拟得到在水量 粘结 1和水量2条件下（见表4)的铸坯温度变化曲线，如图 根据公式(5)计算得出负滑脱时间随振动频率的 5所示.从图中可以看出，采用较弱的冷却强度可使铸 变化关系如图4所示.据图可知，当振动频率较低时， 坯在900℃以上的单相奥氏体区矫直，从而可防止铸 振幅的变化对负滑脱时间影响很大，但当振动频率提 坯弯曲矫直进入第Ⅲ脆性区.在水量1条件下，铸坯 高到一定值后，振动频率的变化对负滑脱时间的影响 在矫直区的表面和角部温度约在720~940℃之间，而 逐渐降低，负滑脱时间趋于稳定.从分析结果来看，在 在水量2条件下矫直区各温度大大提升至900~ 条件满足的前提下，结晶器的振动频率最大可提高至 1080℃.为验证模型的可靠性，试验中在铸机扇形段 280min-1. 进行铸坯表面温度测定，测定结果如图中所示，考虑到 合适的二冷强度是保持铸坯表面温度均匀性、防 铸坯表面氧化铁皮和保护渣的影响，故认为模型计算工程科学学报，第 39 卷，第 11 期 2. 3 传热过程分析 根据经验，从保证浇铸安全和防止结晶器出口坯 壳变形等角度考虑，一般板坯、大方坯出结晶器下口的 坯壳厚 度 范 围 大 于 15 mm，小 方 坯 为 8 ～ 10 mm 之 间［9］． 将结晶器水量由 155 t·h － 1降低到 145 t·h － 1，通 过模 拟 计 算 得 出，坯 壳 厚 度 由 13. 1 mm 降 低 为 10. 4 mm，坯壳的凝固过程曲线和结晶器出口坯壳横断 面见图 3 所示． 试验过程中，保持拉速和过热度的稳 定，随着冷却水量的降低，结晶器出口坯壳厚度逐渐变 薄，试验水量满足连铸工艺的要求． 图 3 结晶器内钢液凝固坯壳变化． ( a) 结晶器水量为 155 t·h － 1 ; ( b) 结晶器水量为 145 t·h － 1 Fig． 3 Change of solidified shell in the mold: ( a) the amount of mold water is 155 t·h － 1 ; ( b) the amount of mold water is 145 t·h － 1 结晶器内初生坯壳厚度不均往往成为铸坯的裂纹 源，降低振痕深度可以减少铸坯的横裂纹产生，结晶器 采用高频率、小振幅振动是减轻振痕深度和横裂纹的 有效措施． 结晶器振动参数之间满足一定的关系，如 公式［12］( 5) 所示． tN = 60 πf cos ( － 1 1000vc π ) fs ． ( 5) 式中: tN 为负滑脱时间，s; f 为振动频率，min － 1 ; vc 表示 铸坯拉速，m·min － 1 ; s 表示振动冲程( 两倍于振幅) ， mm． 一般 tN 的取值范围为 0. 10 ～ 0. 25 s，铸坯表面振 痕的机理及生产实践表明，负滑脱时间对铸坯表面 振痕深度的影响较大，tN 值大则振痕深，tN 值小则振 痕浅［12］． 因负滑脱时间决定坯壳凹陷的深度，负滑 脱时间越长，坯壳凹陷越深，振痕也就越深，负滑脱 时间过短，将 不 利 于 保 护 渣 润 滑 和 消 耗，坯 壳 容 易 粘结． 根据公式( 5) 计算得出负滑脱时间随振动频率的 变化关系如图 4 所示． 据图可知，当振动频率较低时， 振幅的变化对负滑脱时间影响很大，但当振动频率提 高到一定值后，振动频率的变化对负滑脱时间的影响 逐渐降低，负滑脱时间趋于稳定． 从分析结果来看，在 条件满足的前提下，结晶器的振动频率最大可提高至 280 min － 1 ． 合适的二冷强度是保持铸坯表面温度均匀性、防 图 4 结晶器负滑脱时间随振动频率的变化 Fig． 4 Change of minus slip time of mold with vibration frequency 止局部过冷的重要措施． 为研究在不同的比水量下铸 坯表面和角部的温度变化趋势，通过模拟得到在水量 1 和水量2 条件下( 见表4) 的铸坯温度变化曲线，如图 5 所示． 从图中可以看出，采用较弱的冷却强度可使铸 坯在 900 ℃以上的单相奥氏体区矫直，从而可防止铸 坯弯曲矫直进入第Ⅲ脆性区． 在水量 1 条件下，铸坯 在矫直区的表面和角部温度约在 720 ～ 940 ℃ 之间，而 在水量 2 条件下矫直区各温度大大提升至 900 ～ 1080 ℃ ． 为验证模型的可靠性，试验中在铸机扇形段 进行铸坯表面温度测定，测定结果如图中所示，考虑到 铸坯表面氧化铁皮和保护渣的影响，故认为模型计算 · 4661 ·