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,28 北京科技大学学报 第29卷 420 当连铸二冷比水量大、低过热度和低拉速的情况下， 都增加了凝固传热的温度梯度，使得一次枝晶臂间 距入减小. 0 0 一次和二次枝晶臂间距的比值（入/入2）可以由 220 452℃ 下式求得： 180 ★一70℃ λ1/2=12.945x0.02≈12.946 (1) 20 30 40 50 式中，X是指凝固前沿的位置，在此为测量位置； 距坯壳的距离mm 为物理性能，是钢的过热度和表面温度的函数，连 图15过热度对一次枝晶臂间距的影响 铸过程中，在过热度和表面温度的变化范围内，专值 Fig.15 Effect of superheat on primary dendritic arm spacing 几乎不受影响，这里假设过热度为40℃，所以专的 取值为0.123 400 ■ 350 由此公式可算出高碳钢连铸小方坯的入/入2的 300 口 近似值为1.6 薹 250 实测高碳钢小方坯一次和二次枝晶间距的比值 200 平均值为1.65（图17），非常接近式(1)计算所得到 150 口-0.83L·kg1 100 △-1.14L-kg1 的比值1.6. ★-1.55Lkg 50 20 3040 50 4结论 距坯壳的距离mm (1)断面150mm2的高碳钢连铸小方坯，从铸 图16二冷比水量对一次枝晶臂间距的影响 坯边缘向中心延伸，一次枝晶臂长宽比减小，即一次 Fig-16 Effect of secondary cooling intensity on primary dendritic 枝晶在凝固过程中不断粗化，并且一次枝晶变短， arm spacing 同时，从铸坯边缘向中心延伸，冷却速率降低，一次 枝晶臂间距增加 2.7 2.4 (2)随着碳含量的增加，一次枝晶变得粗大，一 2.1 次枝晶臂间距增宽；过热度高，一次枝晶粗大，一次 oppr.om e1.5 枝晶臂间距增加；提高连铸拉速，易形成粗大的一次 1.2 枝晶，一次枝晶臂间距增加；二冷比水量增加，一次 0.9 0.60 枝晶变得细长，一次枝晶臂间距减小， 102030 40 距坯壳的距离mm (3)结晶器电磁搅拌可以显著地降低一次枝晶 臂长宽比，即有效地促进一次枝晶的粗化变短，进而 图17一次和二次枝晶臂间距的比值，/ 促使凝固组织由柱状晶向等轴晶的转变，扩大了等 Fig-17 Ratio of primary dendritic arm spacing to secondary den- 轴晶区面积，并且结晶器电磁搅拌可以显著地降低 dritic arm spacing 一次枝晶臂间距，使得枝晶品组织致密；搅拌电流值越 看出8]，金属凝固的过冷度越大，形成晶体尖端生 大，上述影响的效果越显著， 长速率低，容易形成细长的一次枝晶，而二冷比水量 (4)对于高碳钢小方坯，实测一次和二次枝晶 大、过热度低和低拉速都使得凝固的过冷度增加，因 间距的比值平均值为1.65. 此形成长宽比大的细长一次枝晶.同样，随着距铸 坯边缘距离的增加，凝固过冷度不断降低，所以一次 参考文献 枝晶臂长宽比降低， [1]冯科，陈登福，连铸坯枝晶凝固的重要微观结构特征参数的研 结晶器电磁搅拌极大地改善了凝固过程的传质 究进展.特殊钢，2004,25(3)：1 和传热，均匀了温度和成分，降低了凝固过冷度，降 [2]吴旭敏，铸铁枝晶组织分析及数值模拟[学位论文]武汉： 武汉理工大学，2001 低了一次枝晶臂长宽比，促进一次枝晶粗化，减小了 [3]翟慎秋，魏亚杰.金属树枝晶的生长行为：山东工业大学学 一次枝晶臂间距.并且搅拌电流越大，入减小的越 报，1997,27(2)：181 明显 [4]Cabrera J M.Carreno-galindo V.Macro micro modeling of the 一次枝晶臂间距由文献[8]中的计算公式可知， dendritic microstructure of steel billets processed by continuous图15 过热度对一次枝晶臂间距的影响 Fig．15 Effect of superheat on primary dendritic arm spacing 图16 二冷比水量对一次枝晶臂间距的影响 Fig．16 Effect of secondary cooling intensity on primary dendritic arm spacing 图17 一次和二次枝晶臂间距的比值 λ1／λ2 Fig．17 Ratio of primary dendritic arm spacing to secondary dendritic arm spacing 看出［8］金属凝固的过冷度越大形成晶体尖端生 长速率低容易形成细长的一次枝晶而二冷比水量 大、过热度低和低拉速都使得凝固的过冷度增加因 此形成长宽比大的细长一次枝晶．同样随着距铸 坯边缘距离的增加凝固过冷度不断降低所以一次 枝晶臂长宽比降低． 结晶器电磁搅拌极大地改善了凝固过程的传质 和传热均匀了温度和成分降低了凝固过冷度降 低了一次枝晶臂长宽比促进一次枝晶粗化减小了 一次枝晶臂间距．并且搅拌电流越大λ1 减小的越 明显． 一次枝晶臂间距由文献［8］中的计算公式可知 当连铸二冷比水量大、低过热度和低拉速的情况下 都增加了凝固传热的温度梯度使得一次枝晶臂间 距 λ1 减小． 一次和二次枝晶臂间距的比值（λ1／λ2）可以由 下式求得［9］： λ1／λ2＝12∙94ξX 0∙02≈12∙94ξ （1） 式中X 是指凝固前沿的位置在此为测量位置；ξ 为物理性能是钢的过热度和表面温度的函数．连 铸过程中在过热度和表面温度的变化范围内ξ值 几乎不受影响这里假设过热度为40℃所以 ξ的 取值为0∙123． 由此公式可算出高碳钢连铸小方坯的 λ1／λ2 的 近似值为1∙6． 实测高碳钢小方坯一次和二次枝晶间距的比值 平均值为1∙65（图17）非常接近式（1）计算所得到 的比值1∙6． 4 结论 （1） 断面150mm 2 的高碳钢连铸小方坯从铸 坯边缘向中心延伸一次枝晶臂长宽比减小即一次 枝晶在凝固过程中不断粗化并且一次枝晶变短． 同时从铸坯边缘向中心延伸冷却速率降低一次 枝晶臂间距增加． （2） 随着碳含量的增加一次枝晶变得粗大一 次枝晶臂间距增宽；过热度高一次枝晶粗大一次 枝晶臂间距增加；提高连铸拉速易形成粗大的一次 枝晶一次枝晶臂间距增加；二冷比水量增加一次 枝晶变得细长一次枝晶臂间距减小． （3） 结晶器电磁搅拌可以显著地降低一次枝晶 臂长宽比即有效地促进一次枝晶的粗化变短进而 促使凝固组织由柱状晶向等轴晶的转变扩大了等 轴晶区面积．并且结晶器电磁搅拌可以显著地降低 一次枝晶臂间距使得枝晶组织致密；搅拌电流值越 大上述影响的效果越显著． （4） 对于高碳钢小方坯实测一次和二次枝晶 间距的比值平均值为1∙65． 参 考 文 献 ［1］ 冯科陈登福．连铸坯枝晶凝固的重要微观结构特征参数的研 究进展．特殊钢200425（3）：1 ［2］ 吴旭敏．铸铁枝晶组织分析及数值模拟 ［学位论文］．武汉： 武汉理工大学2001 ［3］ 翟慎秋魏亚杰．金属树枝晶的生长行为．山东工业大学学 报199727（2）：181 ［4］ Cabrera J MCarreno-galindo V．Macro-micro modeling of the dendritic microstructure of steel billets processed by continuous ·28· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷