王亚栋等：小方坯齿轮钢连铸过程中的宏观偏析模拟 567· Loose side Mass fraction of C/ 02600 .2527 02453 02380 0.2307 0.2233 0.2160 0.2087 0.2013 0.1940 0.1867 0.1793 0.1720 1647 0.1573 1.2 m-min- 1.4 m-min- 1.6 m-min- 0.1500 图9拉坯速度对铸坯宏观偏析的影响 Fig.Effect of casting speed on macrosegregation of the billet 1.3 1.2 m'min-1 (2)随着过热度的增加，枝晶转变处正偏析有 12 1.4 m'min-1 所增加，铸坯中心偏析明显增强，铸坯中心碳偏析 1.6 m-min-1 度从1.06增加至1.15.过热度控制在25℃范围内， 可以保证铸坯的宏观碳偏析度控制在110范围内 1.0 (3)随着连铸二冷水量的增加，铸坯中心偏析 0.9 改善程度较小，铸坯中心碳偏析度从1.16降低至 1.13 0.8 (4)随着拉坯速度的增加，铸坯中心偏析呈现 Fixed side 0. Loose side 90 60300-30-60 -90 加重的趋势，铸坯中心碳偏析度由1.14增加至 Distance from billet center/mm 1.21.拉速控制在1,4mmin范围内，可保证铸坯 图10拉坯速度对铸坯宏观偏析的定量形响 中心碳偏析度低于1.15 Fig.10 Effect of casting speed on the quantized results of macrosegregation 参考文献 [1]Ludwig A,Wu M H,Kharicha A.On macrosegregation.Metall 100 1.2 m-min-1 Mater Trans A,2015,46(11):4854 1.4 m-min- 80 1.6 m-min [2] Ahmadein M,Wu M H,Ludwig A.Analysis of macrosegregation formation and columnar-to-equiaxed transition during solidifica- 60 tion of Al-4wt.%Cu ingot using a 5-phase model.Cryst Growth 40 2015,417:65 [3] Lesoult G.Macrosegregation in steel strands and ingots:cha- 20 racterisation,formation and consequences.Mater Sci Eng 4,2005, 413-414:19 4 8 12 16 20 [4]Flemings M C.Our understanding of macrosegregation:past and Distance from meniscus/m present.IS///nt,2000,40(9):833 图11拉坯速度对凝固坯壳厚度的影响 [S] Oh K S,Chang Y W.Macrosegregation behavior in continuously Fig.11 Effect of casting speed on the shell thickness of the billet cast high carbon steel blooms and billets at the final stage of solidification in combination stirring.ISIn,1995,35(7):866 红外测温和碳偏析检测结果与模拟结果吻合良 [6] Vusanovic I,Vertnik R,Sarler B.A simple slice model for 好，验证了移动切片模型模拟连铸坯宏观偏析的 prediction of macrosegregation in continuously cast billets /The 准确性.模型分别模拟研究了不同过热度、二冷 3rd International Conference on Advances in Solidification 水量和拉坯速度对铸坯宏观偏析的影响，得出如 Processes.Aachen,2011:012056 下结论： [7]Wu M H,Kharicha A,Ludwig A.Discussion on modeling capability for macrosegregation.High Temp Mater Processes, (1)由于钢液受到溶质浮力的影响，溶质元素 2017,36(5):531 富集的钢液会向内弧侧流动，导致内弧侧的宏观 [8]An HH,Bao Y P.Wang M,et al.Effects of electromagnetic 偏析强于外弧侧. stirring on fluid flow and temperature distribution in billet红外测温和碳偏析检测结果与模拟结果吻合良 好，验证了移动切片模型模拟连铸坯宏观偏析的 准确性. 模型分别模拟研究了不同过热度、二冷 水量和拉坯速度对铸坯宏观偏析的影响，得出如 下结论： （1）由于钢液受到溶质浮力的影响，溶质元素 富集的钢液会向内弧侧流动，导致内弧侧的宏观 偏析强于外弧侧. （2）随着过热度的增加，枝晶转变处正偏析有 所增加，铸坯中心偏析明显增强，铸坯中心碳偏析 度从 1.06 增加至 1.15. 过热度控制在 25 ℃ 范围内， 可以保证铸坯的宏观碳偏析度控制在 1.10 范围内. （3）随着连铸二冷水量的增加，铸坯中心偏析 改善程度较小，铸坯中心碳偏析度从 1.16 降低至 1.13. （4）随着拉坯速度的增加，铸坯中心偏析呈现 加重的趋势 ，铸坯中心碳偏析度由 1.14 增加至 1.21. 拉速控制在 1.4 m·min−1 范围内，可保证铸坯 中心碳偏析度低于 1.15. 参    考    文    献 Ludwig  A,  Wu  M  H,  Kharicha  A.  On  macrosegregation. Metall Mater Trans A, 2015, 46（11）: 4854 [1] Ahmadein M, Wu M H, Ludwig A. Analysis of macrosegregation formation  and  columnar-to-equiaxed  transition  during  solidifica￾tion of Al-4wt. %Cu ingot using a 5-phase model. J Cryst Growth, 2015, 417: 65 [2] Lesoult  G.  Macrosegregation  in  steel  strands  and  ingots:  cha￾racterisation, formation and consequences. Mater Sci Eng A, 2005, 413-414: 19 [3] Flemings M C. Our understanding of macrosegregation: past and present. ISIJ Int, 2000, 40（9）: 833 [4] Oh K S, Chang Y W. Macrosegregation behavior in continuously cast  high  carbon  steel  blooms  and  billets  at  the  final  stage  of solidification in combination stirring. ISIJ Int, 1995, 35（7）: 866 [5] Vušanović  I,  Vertnik  R,  Šarler  B.  A  simple  slice  model  for prediction of macrosegregation in continuously cast billets // The 3rd International Conference on Advances in Solidification Processes. Aachen, 2011: 012056 [6] Wu  M  H,  Kharicha  A,  Ludwig  A.  Discussion  on  modeling capability  for  macrosegregation. High Temp Mater Processes, 2017, 36（5）: 531 [7] An  H  H,  Bao  Y  P,  Wang  M,  et  al.  Effects  of  electromagnetic stirring  on  fluid  flow  and  temperature  distribution  in  billet [8] Loose side 1.2 m·min−1 1.6 m·min−1 1.4 m·min−1 Mass fraction of C/% 0.2600 0.2527 0.2453 0.2380 0.2307 0.2233 0.2160 0.2087 0.2013 0.1940 0.1867 0.1793 0.1720 0.1647 0.1573 0.1500 图 9    拉坯速度对铸坯宏观偏析的影响 Fig.9    Effect of casting speed on macrosegregation of the billet 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 Fixed side Degree of segregation Loose side 90 60 30 0 −30 −60 −90 Distance from billet center/mm 1.2 m·min−1 1.6 m·min−1 1.4 m·min−1 图 10    拉坯速度对铸坯宏观偏析的定量影响 Fig.10     Effect  of  casting  speed  on  the  quantized  results  of macrosegregation 0 4 8 12 16 20 0 20 40 60 80 100 Shell thickness/mm Distance from meniscus/m 1.2 m·min−1 1.6 m·min−1 1.4 m·min−1 图 11    拉坯速度对凝固坯壳厚度的影响 Fig.11    Effect of casting speed on the shell thickness of the billet 王亚栋等： 小方坯齿轮钢连铸过程中的宏观偏析模拟 · 567 ·