晶器内的界面传热具有显著影响，但从控制凝固坯壳生长均匀性角度，首先应考虑结晶器 内腔形状结构的合理性。目前在高速连铸方面，日本和韩国的企业在引领，特别是低碳钢 和超低碳钢方面，但从报道和交流中大都是结晶器流动控制、保护渣和夹杂物控制等方面 内容，几乎没有结晶器内腔结构方面的信息。已有的奥钢联、康卡斯特、达利涅等国际顶级 连铸装备设计制造公司发明了抛物线、钻石等类型结晶器，其出发点为并不是为了高速连 铸，而且这些结晶器在实际使用中也并不尽人意。究其原因，钢在结晶器内实际凝固过程 中坯壳的热收缩量在拉坯方向并非呈线性变化，其生长也并不服从平方根定律，特别在角 部区域传热不均匀、坯壳薄的问题并没有得到根本性的解决，包晶钢的凝固更是如此。因此， 要做到结晶器内腔形状合理设计，对包晶钢连铸而言，从理论上准确描述其在结晶器内凝 固生长的热/力学行为尤为重要。本文作者考虑了溶质微观偏析、保护渣与气隙分布和凝固 坯壳高温蠕变行为，建立了凝固坯壳与结晶器系统的热力耦合有限元模型山，！ 以此来进 行适合包晶钢连铸的板坯结晶器内腔结构设计。 图8为窄面坯壳角部凝固热收缩沿结晶器高度方向的分布。凝固初期沿空面中心方向的 热收缩量较小，而后随着坯壳下行，收缩量增加迅速且高于线性锥度的补偿量，导致在此 区域保护渣的快速填充和气隙的扩展，从而严重影响此区域传热的均匀性。为此，依据凝 固坯壳在结晶器内的热收缩特性，设计出结晶器窄面的曲面型结构（如图9所示）。 Ideal taper 6 Shell shrinkage at comer Conventional linear tap ation R2=0.99706 a-1.71981+0.2057 b0.34558±0.05241 c0.47186 ±0.01924 100 200300 400500600 700800 Distance from meniscus/mm 窄面坯壳凝固热收缩沿结晶器高度方向的分布 录用 图8 Fig.8 age for solidifying shell of narrow face along the mold length 图9曲面型结晶器窄面结构示意图 Fig.9 Schematic diagram of convex-shape structure of mold narrow face 图10比较了两种类型结晶器的气隙的分布情况，可以看出曲面结晶器内气隙分布更有 利于改善传热，而且效果显著，结晶器出口处的坯壳厚度增加、角部区域坯壳的生长更加晶器内的界面传热具有显著影响，但从控制凝固坯壳生长均匀性角度，首先应考虑结晶器 内腔形状结构的合理性。目前在高速连铸方面，日本和韩国的企业在引领，特别是低碳钢 和超低碳钢方面，但从报道和交流中大都是结晶器流动控制、保护渣和夹杂物控制等方面 内容，几乎没有结晶器内腔结构方面的信息。已有的奥钢联、康卡斯特、达利涅等国际顶级 连铸装备设计制造公司发明了抛物线、钻石等类型结晶器，其出发点为并不是为了高速连 铸，而且这些结晶器在实际使用中也并不尽人意。究其原因，钢在结晶器内实际凝固过程 中坯壳的热收缩量在拉坯方向并非呈线性变化，其生长也并不服从平方根定律，特别在角 部区域传热不均匀、坯壳薄的问题并没有得到根本性的解决，包晶钢的凝固更是如此。因此， 要做到结晶器内腔形状合理设计，对包晶钢连铸而言，从理论上准确描述其在结晶器内凝 固生长的热/力学行为尤为重要。本文作者考虑了溶质微观偏析、保护渣与气隙分布和凝固 坯壳高温蠕变行为，建立了凝固坯壳与结晶器系统的热力耦合有限元模型[10,11]，以此来进 行适合包晶钢连铸的板坯结晶器内腔结构设计。 图 8 为窄面坯壳角部凝固热收缩沿结晶器高度方向的分布。凝固初期沿窄面中心方向的 热收缩量较小，而后随着坯壳下行，收缩量增加迅速且高于线性锥度的补偿量，导致在此 区域保护渣的快速填充和气隙的扩展，从而严重影响此区域传热的均匀性。为此，依据凝 固坯壳在结晶器内的热收缩特性，设计出结晶器窄面的曲面型结构（如图 9 所示）。 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 1 2 3 4 5 6 7 Ideal taper Shell shrinkage at corner Conventional linear taper Offest distance/m m Distance from meniscus/mm Equation y=a+b*x^c Weighting:y No weighting Chi^2/Dof=0.00814 R^2=0.99706 a -1.71981 ±0.2057 b 0.34558 ±0.05241 c 0.47186 ±0.01924 图 8 窄面坯壳凝固热收缩沿结晶器高度方向的分布 Fig.8 Distribution of shrinkage for solidifying shell of narrow face along the mold length 1 mm 图 9 曲面型结晶器窄面结构示意图 Fig. 9 Schematic diagram of convex-shape structure of mold narrow face 图 10 比较了两种类型结晶器的气隙的分布情况，可以看出曲面结晶器内气隙分布更有 利于改善传热，而且效果显著，结晶器出口处的坯壳厚度增加、角部区域坯壳的生长更加 录用稿件，非最终出版稿