Vol.16 No.4 付军隆等：水平连铸铸坯温度和热应力的计算分析 ,317. 弹性区：d{o}=D](d{e-d{er)；塑性区：d{o}=[D](d{e-de)+d}r 式中： 0G OH dh(; ID]afa)O aT 00 Hi+ o} [D]o) {σ}-应力；[D]-弹性矩阵；【D]m一弹塑性矩阵；G-等效应力；d{e}-应变微量（增量）. 对铸坯在求解域内离散化处理，采用有限单元法求解， 在高温下，钢的拉伸极限强度和断裂应变值很小，在凝固初期枝状晶界面上有残余钢液 存在，并在晶界上形成液膜.在外力作用下，液膜容易产生晶界滑移并导致晶界断裂，裂纹敏 感区在凝固温度与低于其100℃之间.根据文献[3]的实验数据，取极限强度4MP,断裂应 变值02%，作为判断裂纹产生的标准. 2.2铸还热应力的计算和分析 在热试期间，从现场的小方坯可见到铸坯皮下l0~30mm处有晶间裂纹，这主要是铸坯 冷却过程中产生的热应力引起的.本文针对现场4炉连浇铸坯出现的晶间裂问题进行计算和 分析. 根据现场记录和观测，4炉连浇第1炉第1、第5，第18根铸坯出现晶间裂纹，计算原始 数据见表2.， 表2铸坯计算原始数据 1600 Table 2 Original data of calculation of strands 1400 T,=1404℃ 拉速 热流 浇俦温度 同升后 俦坯顺序 /m min /J.ms- /℃ 月12m 回升前 第1根 0.78 101.6×104 1520 1000 第5根 1.13 121.9×104 1520 800 第18根 1.19 113.8×10 1520 0.3 图1~图3分别给出了第1、第5、第18根 0.1 铸坯计算的表面回升温度和热应力.图 应变/ 的上部是温度回升前后铸坯坯壳内的温度 / -0.1 分布.由于在铸坯横截面对称轴线上，坯壳 应力 0.3 中与铸坯表面垂直的主应力很小，图中只绘 裂纹 出了与铸坯表面平行方向的主应力和应变. 0 510 1520 在铸坯固相线温度T到T-100℃之间，给 距表面的距离/nm 出了裂纹产生的危险区域， 因铸坯出结晶器后表面温度回升过大， 图1铸还凝壳的温度、应力和应变图（第1根） 3种情况铸坯均有产生晶间裂纹的危险，温 Fig.1 Profile of temperature,stress and strain in 度回升越大，计算出的热应力和应变值越 the shell of strandV bl . 1 6 N 6 . 4 付军隆等 : 水平连铸铸坯 温度和 热应力的 计算分析 弹性 区 : d { 。 卜 D[ l ( d { “ 卜 d {百 } T ) ; 式 中 : 塑性 区 : d扭卜 D[ ] , ( d { “ } 一 d {宫})T + d { 子 } T . d { : } T 一 ( { · 卜 旦鲁三 { · }) d : ; d 、 ` } T - ! 。 】斋 鲁 ` T 。 + 万漂亘二 不 ` 。。 卜华 二 ’ ( U t 口 全 J - 一 U t 叮 j {叫一 应 力 ; 【D } 一 弹 性矩 阵 ; ! D } 。 一 弹 塑性 矩 阵 ; 厅一 等效 应力 ; d { 。 } 一 应 变微 量 (增 量 ) . 对铸 坯在求 解域 内离 散化处理 , 采用 有 限单元 法求 解 . 在高 温下 , 钢 的拉伸极 限 强度 和 断裂 应 变值很 小 , 在凝 固初 期枝 状晶界面上 有残 余钢 液 存在 , 并在晶界上形成液膜 . 在外力作用下 , 液膜容易产 生晶界 滑移 并 导致晶界断裂 , 裂纹敏 感 区在 凝 固温度 与低 于其 10 ℃ 之 间 . 根据文献l3] 的实验 数据 , 取 极 限强度 4M P a , 断裂应 变值 .0 2 % , 作 为判 断裂 纹产生 的标准 . .2 2 铸坯热应 力 的计算和 分析 在热 试期 间 , 从现场 的小方坯可见到铸坯 皮下 10 一 3 0m lll 处有 晶 间裂纹 , 这 主要是 铸坯 冷却 过程 中产生 的热 应力 引起的 . 本 文针 对现 场 4 炉连浇 铸坯 出现 的晶 间裂 问题进 行计算 和 分析 . 根据 现场记录 和观测 , 4 炉连 浇第 1 数据见表 2 . 表 2 铸坯计算原始数据 口 几h七 2 0 吨汹 I 山扭 健 口b 山位扣 of 成口 州白 炉第 1 、 第 5 、 第 18 根铸坯 出现 晶 间裂 纹 , 计算 原 始 ! 6(洲) ! 月侧) 侧pù口 铸坯顺 序 拉速 加 · ~ 一 ’ 热流 幻 · m 一 2 浇铸温度 Z℃ ! 2加 10 1 . 6 x 10 4 1 2 1 . g x 10 4 1 13 一 8 x 10 4 R ,JQ ù …7 0 ` .1 `.1 第 1根 第 5 根 第 18 根 , J101- à ` é 一一 头芝. ù只过 图 1 一 图 3分别 给 出了第 1 、 第 5 、 第 18 根 铸 坯 计 算 的 表 面 回 升 温 度 和 热 应 力 . 图 的 上 部 是 温 度 回 升前 后 铸 坯 坯 壳内 的 温 度 分 布 . 由于在 铸坯 横 截面 对称轴 线上 , 坯壳 中与铸坯 表 面 垂直 的主应 力很小 , 图 中只绘 出 了 与铸 坯表 面平行 方 向的主 应力 和应 变 . 在铸坯 固相 线 温度 sT 到 sT 一 10 ℃ 之 间 , 给 出了裂 纹产生 的危 险 区 域 . 因铸坯 出结 晶器 后表 面温度 回升 过大 , 3 种情况铸坯均 有产生晶 间裂 纹 的危 险 . 温 度 回 升 越 大 , 计算 出 的 热应 力 和 应 变 值 越 ` 户 尹 / / } 刀仑 产 r,- —1 we es, 习 应变 / 岁 一 戈厂 / - 裂纹 0 5 1 0 1 5 20 距表 面的距 离 /功 m 图 1 瑰.1 铸坯凝壳的温度 、 应力和应变圈 (第 1根 ) 1、 甫触 成 加叫阵. 加民 功. ` . 回 眺口沁 沁 口甘 川曰 . 成 劝旧 回