,294 北京科技大学学报 第33卷 几何形状和结晶器内钢液的流动有关，坯壳出结晶 束作用，此时凝固壳向内弯曲的趋势受到抑制，坯壳 器时，坯壳外表面处于压缩状态，其中中部因和铜板 外层是压缩状态，而内层处于拉伸状态，由图6(c) 接触产生压缩，角部由于回热有升温趋势，热膨胀产 可以看出，有效应变从铸坯外表面到凝固前沿逐渐 生的压缩由坯壳表面向内，力学状态是由压缩区逐 增大，连铸过程中，钢液在结晶器内凝固形成凝固 步向拉伸区过渡，凝固前沿为完全拉伸状态，这是 坯壳，坯壳内温度分布不均匀从而在凝固坯壳内产 因为铸坯的内层冷却收缩量大于外层，如果该凝固 生热应力，热应力导致热应变，又由于钢液的液态 壳除了内层与自由变形液芯接触外，不受其他外界 收缩值和凝固收缩值大于硬壳的固态收缩值，所以 约束，则应发生内弯曲变形.对于实际凝固坯壳，由 钢液在凝固过程中发生体积收缩，导致了坯壳的有 于坯壳基本上保持竖直，使得凝固壳受到结晶器约 效应变 2105 a 6.00 0.030c 5.20 (b) 0.020 0.026 0024 离 2.80 0.022 0020 0.018 0.40 0.016 -0.40 120 0.014 0.702 0.012 -2.00 0561 -2.80 0.010 0.008 0.006 0.140 -520 0.004 ■6.00 0.002 MPa 图6有效应力(a)、平均应力(b)及有效应变(c)模拟结果 Fig 6 Siulated wesults of effective stress (a).average stress (b).and effective stmain (c) 3.3流动模拟结果 对由凝固面一侧向下，经中心向上流动的回流区，其 图7为大方坯流动模拟结果，每个图的左边是 回流方向与上回流区回流方向正好相反，向下的流 流场云图、右边为流场矢量图，由模拟结果可以看 股继续下行运动流出结晶器，如图7(c)、(d)所示， 出：钢液从水口流出后直接向下运动（图7(a)),其 其流速将直接决定夹杂物上浮的几率.同时，钢液 在前进过程中不断进行扩张成左右对称的两个回流 在结晶器内处于水平旋转运动状态，由于钢液的向 (图7（©）放大区域)，回流速度将直接决定钢液自 上回流，大部分过热钢液滞留在上部区域，使其凝固 由液面的波动情况；大部分钢液在下部区域形成一 速度减缓，热区位置提高，由于流动的影响，除凝固 0.2772 0.2587 0.2403 0.2218 0.2033 0.1848 0.1663 0.1479 0.1294 0.1109 0.0924 0.0739 0.0554 0.0370 0.0186 图7大方坯流动模拟结果.(a)8.19÷(b)24.04÷(c)50.52÷(d)59.59s Fig 7 Sinulated result of the flw fiel of the bloan:(a)8.19s (b)24.04 s (c)50.52s (d)59.59 s北 京 科 技 大 学 学 报 第 33卷 几何形状和结晶器内钢液的流动有关．坯壳出结晶 器时‚坯壳外表面处于压缩状态‚其中中部因和铜板 接触产生压缩‚角部由于回热有升温趋势‚热膨胀产 生的压缩由坯壳表面向内‚力学状态是由压缩区逐 步向拉伸区过渡‚凝固前沿为完全拉伸状态．这是 因为铸坯的内层冷却收缩量大于外层‚如果该凝固 壳除了内层与自由变形液芯接触外‚不受其他外界 约束‚则应发生内弯曲变形．对于实际凝固坯壳‚由 于坯壳基本上保持竖直‚使得凝固壳受到结晶器约 束作用‚此时凝固壳向内弯曲的趋势受到抑制‚坯壳 外层是压缩状态‚而内层处于拉伸状态．由图 6（ｃ） 可以看出‚有效应变从铸坯外表面到凝固前沿逐渐 增大．连铸过程中‚钢液在结晶器内凝固形成凝固 坯壳‚坯壳内温度分布不均匀从而在凝固坯壳内产 生热应力‚热应力导致热应变．又由于钢液的液态 收缩值和凝固收缩值大于硬壳的固态收缩值‚所以 钢液在凝固过程中发生体积收缩‚导致了坯壳的有 效应变． 图 6 有效应力 （ａ）、平均应力 （ｂ）及有效应变 （ｃ）模拟结果 Ｆｉｇ．6 Ｓｉｍｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｓｏｆｅｆｆｅｃｔｉｖｅｓｔｒｅｓｓ（ａ）‚ａｖｅｒａｇｅｓｔｒｅｓｓ（ｂ）‚ａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｓｔｒａｉｎ（ｃ） 图 7 大方坯流动模拟结果．（ａ）8∙19ｓ；（ｂ）24∙04ｓ；（ｃ）50∙52ｓ；（ｄ）59∙59ｓ Ｆｉｇ．7 Ｓｉｍｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔｏｆｔｈｅｆｌｏｗｆｉｅｌｄｏｆｔｈｅｂｌｏｏｍ：（ａ）8∙19ｓ；（ｂ）24∙04ｓ；（ｃ）50∙52ｓ；（ｄ）59∙59ｓ 3∙3 流动模拟结果 图 7为大方坯流动模拟结果‚每个图的左边是 流场云图、右边为流场矢量图．由模拟结果可以看 出：钢液从水口流出后直接向下运动 （图 7（ａ））‚其 在前进过程中不断进行扩张成左右对称的两个回流 （图 7（ｃ）放大区域 ）‚回流速度将直接决定钢液自 由液面的波动情况；大部分钢液在下部区域形成一 对由凝固面一侧向下‚经中心向上流动的回流区‚其 回流方向与上回流区回流方向正好相反．向下的流 股继续下行运动流出结晶器‚如图 7（ｃ）、（ｄ）所示‚ 其流速将直接决定夹杂物上浮的几率．同时‚钢液 在结晶器内处于水平旋转运动状态‚由于钢液的向 上回流‚大部分过热钢液滞留在上部区域‚使其凝固 速度减缓‚热区位置提高．由于流动的影响‚除凝固 ·294·