·304· 工程科学学报，第37卷，第3期 关系图.从图中看出：从凝固开始到距弯月面10m左 100 右（图中直线处），坯壳厚度d与时间2有很好的线 号 性关系；从距弯月面10m处至凝固终点，坯壳厚度d 与凝固时间P为非线性关系.ER8和AAR-BM两种 70 钢种都有相同的凝固规律.下面以ER8在拉速0.51m· 60 d=24.6105-21.38 miml时为例，讨论圆坯连铸过程中的凝固规律 50 40 200 ER8 0.48 m'min- 量量一数值模拟 180 ●-ER80.51m·miml 一拟合曲线 20 160 ±AAR-BM0.48m·min 10 140 10152.0253.03.54.04.5 120 疑固时间/min2 100 图3距弯月面1~10m处ER8坯壳厚度d与凝固时间P关系 0 Fig.3 Relation between the shell thickness d of ER8 and the square 60 root of solidification time t from I to 10 m away from the meniscus 40 0 200 3 4 180 凝固时间rmin2 图2坯壳厚度d与凝固时间P的关系曲线 目160 Fig.2 Curves between the shell thickness d and the square root of d=1180-471.6r05+51.52 solidification time t 140 图3和图4为ER8在不同位置区间内坯壳厚度d 120 与凝固时间2的关系图，其揭示了不同的凝固规律 鲁■一数值模拟 由图3可知，圆坯连铸凝固过程中，从弯月面至距 拟合曲线 100 弯月面10m处，坯壳厚度d与凝固时间t2基本呈线 4.64.8 5.05.2545.65.86.0 性关系，与平方根定律不同的是坯壳厚度d山没有和凝 凝固时间min2 固时间成正比，多了一截距项，本文认为该项是消 图4距弯月面10m处至凝固终点ER8坯壳厚度d与凝固时间 耗钢液过热度时铸坯坯壳厚度的修正值 2的关系 从图3中可以看出，ER8拉速为0.51mmin时， Fig.4 Relation between the shell thickness d of ER8 and the square root of solidification time t from 10 m away from the meniscus to the 坯壳厚度d与凝固时间呈线性关系的坯壳厚度区 end of solidification 间为15~90.79mm图5为射钉实验中试样的低倍组 织.从图中看到，铸坯的柱状晶长度约为93mm左右， 与坯壳厚度d与凝固时间的线性区间相符.平方 根定律是根据单方向热传导公式推导很出的，而柱状 柱状品区 晶的生长理论上平行于热流方向，即沿着半径向圆心 生长.低倍观察表明，柱状晶的生长是垂直于模壁表 面的单方向生长的，故圆坯连铸中坯壳在柱状晶区的 等轴品区 生长符合平方根定律.这间接证明了圆坯状晶生长过 程是单方向传热过程. 图4可知，从距弯月面10m处至凝固终点，坯壳 厚度d与凝固时间呈非线性关系，不再符合平方根 图5射钉试样低倍照片 定律.由于从距弯月面10m处至凝固终点，铸坯中出 Fig.5 Macrograph of a sample for nail shooting 现中心等轴晶区域，如图5所示.由于等轴晶区的传 热不能用单方向传热描述，因此平方根定律不再有效. 液传递，方向不唯一 柱状晶生长时，液相的温度最高，而等轴晶生长时，晶 表3为不同钢种回归出坯壳厚度与凝固时间关系 体的温度最高，如图6所示，热流方向为晶体向周围钢 式和低倍照片中柱状晶长度.分析表3数据可以得工程科学学报，第 37 卷，第 3 期 关系图． 从图中看出: 从凝固开始到距弯月面 10 m 左 右( 图中直线处) ，坯壳厚度 d 与时间 t 1 /2 有很好的线 性关系; 从距弯月面 10 m 处至凝固终点，坯壳厚度 d 与凝固时间 t 1 /2 为非线性关系． EＲ8 和 AAＲ-BM 两种 钢种都有相同的凝固规律． 下面以 EＲ8 在拉速 0. 51 m· min － 1时为例，讨论圆坯连铸过程中的凝固规律． 图 2 坯壳厚度 d 与凝固时间 t 1 /2的关系曲线 Fig． 2 Curves between the shell thickness d and the square root of solidification time t 图 3 和图 4 为 EＲ8 在不同位置区间内坯壳厚度 d 与凝固时间 t 1 /2 的关系图，其揭示了不同的凝固规律． 由图 3 可知，圆坯连铸凝固过程中，从弯月面至距 弯月面 10 m 处，坯壳厚度 d 与凝固时间 t 1 /2 基本呈线 性关系，与平方根定律不同的是坯壳厚度 d 没有和凝 固时间 t 1 /2 成正比，多了一截距项，本文认为该项是消 耗钢液过热度时铸坯坯壳厚度的修正值． 从图 3 中可以看出，EＲ8 拉速为 0. 51 m·min － 1时， 坯壳厚度 d 与凝固时间 t 1 /2 呈线性关系的坯壳厚度区 间为 15 ～ 90. 79 mm． 图 5 为射钉实验中试样的低倍组 织． 从图中看到，铸坯的柱状晶长度约为 93 mm 左右， 与坯壳厚度 d 与凝固时间 t 1 /2 的线性区间相符． 平方 根定律是根据单方向热传导公式推导很出的，而柱状 晶的生长理论上平行于热流方向，即沿着半径向圆心 生长． 低倍观察表明，柱状晶的生长是垂直于模壁表 面的单方向生长［15］，故圆坯连铸中坯壳在柱状晶区的 生长符合平方根定律． 这间接证明了圆坯状晶生长过 程是单方向传热过程． 图 4 可知，从距弯月面 10 m 处至凝固终点，坯壳 厚度 d 与凝固时间 t 1 /2 呈非线性关系，不再符合平方根 定律． 由于从距弯月面 10 m 处至凝固终点，铸坯中出 现中心等轴晶区域，如图 5 所示． 由于等轴晶区的传 热不能用单方向传热描述，因此平方根定律不再有效． 柱状晶生长时，液相的温度最高，而等轴晶生长时，晶 体的温度最高，如图 6 所示，热流方向为晶体向周围钢 图 3 距弯月面 1 ～ 10 m 处 EＲ8 坯壳厚度 d 与凝固时间 t 1 /2关系 Fig． 3 Ｒelation between the shell thickness d of EＲ8 and the square root of solidification time t from 1 to 10 m away from the meniscus 图 4 距弯月面 10 m 处至凝固终点 EＲ8 坯壳厚度 d 与凝固时间 t 1 /2的关系 Fig． 4 Ｒelation between the shell thickness d of EＲ8 and the square root of solidification time t from 10 m away from the meniscus to the end of solidification 图 5 射钉试样低倍照片 Fig． 5 Macrograph of a sample for nail shooting 液传递，方向不唯一． 表 3 为不同钢种回归出坯壳厚度与凝固时间关系 式和低倍照片中柱状晶长度． 分析表 3 数据可以得 · 403 ·