Vol.19 No.6 吴清等：连铸结晶器内钢液弯月面行为的研究 ·533· 图5分别为拉速'，=0.38m/min,振幅6，=5mm,振频∫=60Hz时弯月面区域液态金属 在正、负滑脱期的速度场.从图中可以发现，正、负滑脱期弯月面处液态金属的运动状态有一 定的规律：在正滑脱期，弯月面处的液态金属向结品器壁运动：在负滑脱期，弯月面处的液态 金属向离开结晶器壁的方向运动 迄今为止，比较成熟的振痕形成机理是E.Takeuchi和J.K.Brimacombe通过数学模型的分析 配 -5 豆 恒 -1s/ -15 正滑脱期 盘 负滑脱期 01030 5075 010305075 距结晶器壁的距离/mm 距结晶器壁的距离/mm 图5正，负滑脱期弯月面区域液态金属的运动规律 提出的剧，他们认为在负滑脱期内，结晶器向下运动的速度比铸坯快得多，弯月面受到结晶 器保护渣内产生的正压力冲击，离开了结晶器壁；在正滑脱期内，弯月面受到结晶器保护渣内 产生的负压力的作用又被拉回到结晶器壁，然而，很摊使部分凝固的弯月面均匀地被拉回到 器壁.由于弯月面区域凝固壳的上部离结晶器壁的冷却作用最远，处在温度最高和强度最小 的状态下，因此，保护渣的负压和波动的钢液的惯性力可使弯月面区域凝固壳的上部更多地 被拉回到结晶器壁.当弯月面区域的初始凝固壳的厚度较厚时，机械强度较大，使得凝固壳在 正滑脱期内能够抵抗住使其回到结晶器壁的力，这样，后续钢液就溢过它，形成了有皮下勾爪 的振痕；当弯月面区域的初始凝固壳的厚度较薄时，机械强度较小，凝固壳具有类似液体的行 为，在正滑脱期内，凝固壳的上部易于和钢液一起被拉回到结晶器壁，此时的振痕是由于凝固 壳不能均匀地回到结晶器壁造成的，但不具有皮下勾爪.本文通过实验手段验证了这种振痕 形成的机理. 4结论 (1)实验用熔融Pb-Sn-Bi低熔点合金较好地模拟出了弯月面的形状并与Bikerman方程计 算的钢液与器壁形成的弯月面形状相一致. (2)随着过热度的增加，弯月面与结晶器壁的接触角变小，弯月面的高度降低， (3)在弯月面区域加上电磁场时，弯月面向结晶器中心拱起，其拱起程度随着电磁强度和 磁场频率的增加相应增大；但液态金属高的过热度会削弱电磁场的作用效果， (4)结晶器振幅增大及拉速提高均会使弯月面处液态金属的波动程度增大， (5)在结晶器的正滑脱期内，弯月面处的液态金属向靠近结品器壁的方向运动，而在负滑 脱期内，其运动方向相反.这较好地验证了前人提出的振痕形成机理V o l . 1 9 N o . 6 吴 洁等 : 连铸结晶器 内钢液弯月 面 行为的研究 图 5分 别 为拉 速 代 一 0 . 38 耐而 n , 振 幅 d Z 二 5 ~ , 振频 人一 60 zH 时弯月 面 区 域液 态金 属 在 正 、 负滑 脱期 的 速度 场 . 从 图 中可 以 发 现 , 正 、 负 滑脱 期 弯月面处液 态金 属 的 运动 状态 有 一 定 的规律 : 在 正滑脱 期 , 弯月 面处的液 态 金属 向结 晶器 壁 运 动 ; 在 负 滑脱 期 , 弯 月面 处 的液 态 金 属 向离开 结晶器 壁 的方 向运动 . 迄 今 为止 , 比较成熟 的振 痕形 成机理 是 E . T a k e uc hi 和 J . K B ir m ac om be 通 过数学 模 型的分 析 日 }、 l 经 ” } \ I , 一 墨 一 5卜\ 又 \ g } 厄 卜 疑 一 1 5卜、 1 1 \ 咚 ! 渊 { 正 滑 脱期 石 9 . 虞朴 、 、 / 留 一 5卜\ 、 、 - 名 } 阿 } 径 一 巧 卜、 一 、 、 匹 l \ 、 胡 I 角 洛陌 期 留 匕一 -一二公二二几 0 10 3 0 5 0 7 5 距结 晶器壁 的距离角 l m 0 10 3 0 5 0 7 5 距结晶器壁 的距离 / 11 111 1 图 5 正 、 负滑脱期弯月面 区域液态金属的运动规律 提 出 的 7[, ` ] . 他 们认 为 在 负滑 脱期 内 , 结 晶器 向下 运 动的速 度 比铸坯 快得 多 , 弯月 面受 到 结 晶 器 保护 渣 内产生 的正 压力 冲击 , 离开 了结 晶器 壁 ; 在正 滑脱期内 , 弯月 面受 到结 晶器 保护渣 内 产生 的负 压力 的作 用又被 拉 回 到结 晶 器壁 . 然 而 , 很 难 使部 分凝 固的 弯月 面均 匀 地被 拉 回到 器壁 . 由于 弯月 面 区域 凝固壳 的上部 离结 晶器壁 的冷却作用最 远 , 处在温 度最 高 和 强度 最小 的状态下 , 因此 , 保 护渣 的 负压 和波 动 的钢 液 的惯性 力 可使 弯 月面 区域 凝 固壳 的上 部更 多地 被拉 回到 结晶 器壁 . 当弯月面 区 域 的初 始凝 固壳的厚度 较厚 时 , 机械 强度 较大 , 使得凝 固壳在 正滑脱期内能够 抵抗 住使其回到结晶器 壁 的力 , 这样 , 后续 钢液就溢 过它 , 形 成 了有皮下勾爪 的振 痕 ; 当弯月 面 区 域的 初始凝 固壳 的厚度 较薄 时 , 机 械强 度较 小 , 凝 固壳具有类 似液 体 的行 为 , 在正 滑脱期 内 , 凝 固壳的上 部易于和 钢液 一起 被拉 回到 结晶器壁 , 此 时 的振痕 是 由于凝 固 壳 不能 均匀 地 回到 结 晶器 壁造 成 的 , 但 不 具有 皮 下勾 爪 . 本文通过 实验 手段 验 证 了这 种振 痕 形成 的机 理 . 4 结论 ( l) 实验 用熔 融 P卜S n 一 iB 低 熔 点合 金 较好 地 模拟 出了弯月 面 的形状 并 与 iB ke mr an 方程 计 算 的钢液 与器壁 形成 的 弯月 面形状 相 一致 . (2) 随着 过热 度 的增 加 , 弯月 面 与结 晶器壁 的接 触 角变小 , 弯月面 的高度 降低 . (3) 在 弯月面 区 域 加 上 电磁 场时 , 弯月 面 向结 晶 器 中心 拱起 , 其 拱 起程 度 随 着 电磁 强 度和 磁 场频 率 的增 加相 应增 大 ; 但液态金属 高 的过热 度 会削弱 电磁 场 的作用 效果 . (4 )结 晶器 振幅增 大及 拉速提 高 均 会使弯月 面处液 态金 属 的波动程 度 增大 . (5) 在 结 晶器 的正 滑 脱期 内 , 弯 月 面处的 液态 金 属 向靠 近 结 晶器 壁 的方 向运 动 , 而在 负 滑 脱期内 , 其运 动方 向相反 . 这 较好 地验 证 了前 人提 出的振 痕形 成机理