D0:10.13374/j.1ssnl001053x.1936.02.017 第18卷第2期 北京科技大学学报 Vd.18o.2 1996年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.199% 水平连铸二冷区喷水冷却过程数学模拟 周筠清) 张俊涛) 付军隆) 魏林四 1)北京科技大学热能系，北京100832)成都无缝钢管厂 摘要根据成都无缝钢管厂水平连铸的生产实践，建立了俦坯凝固冷却过程数学模型.通过数 学模拟仿真，找出铸坯在不同的结晶器怜却强度和不同的喷水量条件下凝固冷却过程的温度场变 化、凝壳的生长规律及液芯长度等与浇注参数（拉速、浇注温度）的关系，为改善和稳定浇注过程， 提高铸坯质量提供依据， 关健词传热，数学模型/水平连俦，凝固，结晶器，二冷喷水区 中图分类号TF77.6TK124 目前我国小断面（直径140m以下）的水平连铸机大多采用一冷和二冷相结合的组合式结晶 器.该结晶器由铜套（一冷）和石墨套（二冷）组成.钢水首先在铜结晶器内生成初始坯壳，然后 在石墨套内缓冷，出结晶器后进行空冷，这种形式结晶器的传热特性已经进行了较详细的研 究1-到 对于较大断面的水平连铸机采用上述冷却方式将会使结晶器的长度增加，从而增大了气 隙热阻，恶化了传热和增加了拉坯阻力，成都无缝钢管厂自行设计的直径200mm圆坯水平连铸机采 用较短的结晶器（一冷）和喷水冷却（二冷）相结合的冷却方式取得了成功.该结晶器长450mm 二冷喷水区分为3段，可根据铸坯凝固冷却情况合理配置喷水量，出二冷后铸坯再进行空冷.本文 主要研究水平连铸采用喷水冷却时的铸坯凝固传热过程以及浇注参数对喷水量的影响，并针对 成都无缝钢管厂的具体情况研究合理的工艺参数，供生产参考， 1 铸坯凝固传热数学模型 1.1数学模型 铸坏凝固冷却过程是相当复杂的，为了简化计算作如下的假设：(1)浇注过程连续和稳定； (2)液相区的对流换热用当量导热系数表示；(3)忽略拉坯方向上的导热，将铸坯看成是二维（径 向和周向)导热过程. 根据上述简化，铸坯在凝固过程中的导热用柱坐标表示的微分方程如下： p(H10t)=[k(dT/0r)]/0r+(k/r)(0T/0r)+(1/r)[k(dT/0)]/8 式中：T-铸坯的温度，K;H一铸坯的质量焓，kJkg;k一铸坯的导热系数，Wm·K 0-铸坯的圆周角，ad;r-铸坯的半径，mt-时间，s. 1995-10-20收稿第一作者男35岁教授 ·国家“八五”攻关项目第 18 卷 第 2期 北 京 科 技 大 学 学 报 】望巧 年 呜月 Jo aurn l o f U川 ~ iyt o f S aen a nd eT hc n o fo gy eB ij ing V d 。 18 N , 。 2 A声 . 1臾场 水 平连铸二冷 区 喷水冷却过程数学模拟 ’ 周箔 清 ’ ) 张俊涛 ’ ) 付军隆 ’ ) 魏 林 2) 1) 北京科技大学热 能系 , 北京 l侧洲粥3 2) 成都无缝 钢管厂 摘要 根据成都无缝钢管厂水平连铸的生产实践 , 建立了 铸坯凝固冷却过 程数 学模型 . 通 过数 学模拟仿真 , 找出铸坯在不同的结晶器冷却 强度和 不 同的喷水量条件下凝 固冷 却过程 的沮度 场 变 化 、 凝壳的生长规律及液芯 长度等与浇注参数 (拉速 、 浇注温度) 的关系 , 为改善和稳定浇注过程 . 提高铸坯质量提供依据 . 关键词 传 热 , 数学模型 / 水平 连铸 , 凝固 , 结晶器 , 二冷喷水 区 中图分类号 1下 7刀.6 I X 124 目前我国小断面 (直径 140 n u n 以下 ) 的水平连铸机大多 采用 一冷和二冷相结合的组合式结晶 器 . 该结 晶器 由铜套 (一冷 ) 和石墨套 (二冷)组成 . 钢水首先在铜结晶器 内生成初 始坯 壳 , 然后 在石 墨套 内缓冷 , 出结 晶器后 进行空 冷 . 这种形式 结晶器 的传热 特性 已 经进行 了较详细 的研 究 1一 .3] 对于较 大断 面 的水 平 连铸机 采用 上述 冷却方 式将 会使结 晶器 的长度增 加 , 从而 增大 了气 隙热阻 , 恶化 了传热和增加 了拉坯阻力 . 成都无缝钢管厂 自行设训韵 直径2 0 11” n 圆坯水平连铸机采 用 较短 的结晶器 (一 冷 ) 和喷水 冷却 (二冷 ) 相 结合 的冷却方式取得了成功 . 该结晶器长 4 50 I n l l l , 二冷喷水区分 为 3 段 , 可根据铸坯凝固冷却情况合理酉己誉喷水量 , 出二冷后铸坯再 进行空 冷 . 本文 主要 研究 水平 连铸采 用喷水冷却时的铸坯凝 固传热过程 以及浇注参数 对喷水量 的影 响 , 并针 对 成 都无缝钢管 厂的具 体情况 研究 合理 的工 艺参数 , 供生产参考 . 1 铸坯凝 固传热 数学模型 L l 数学模型 铸坯凝 固冷 却过程 是相 当复 杂的 , 为 了简化计算作如下的假设 : ( l) 浇注过程连续 和稳定 ; ( 2) 液相 区 的对流换 热 用 当量 导热 系数表示 ; ( 3) 忽略拉坯方向上的导热 , 将铸坯看成是 二维 (径 向和周 向) 导热 过程 . 根据上 述简 化 , 铸坯在 凝 固过程 中的 导热用 柱坐标 表示 的微分方 程如 下 : p (日万 /日: ) = 日[ k (日T /日r )] /刁r + ( k / r ) (刁T/ 日r ) + ( l / r , )刁【k (日T/ 刁0 )] /日o 式 中: T 一 铸坯 的 温 度 , K ; H 一 铸坯 的 质 量焙 , kJ 瓜g ; k 一 铸坯 的 导 热 系 数 , w m/ · 长 0 一 铸坯 的圆周 角 , ar ;d ; 一 铸坯 的半径 , 叭 : 一 时间 , .s 1卯5 一 10 一 加 收稿 第一作 者 男 35 岁 教授 * 国家 “ 八五 ’ 攻关项 目 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1996. 02. 017