肖鹏程等：超低碳钢连铸坯钩状坯壳的演变与夹杂物的捕集 ·1067· 周态 液态渣膜 钢液流动对初生坯壳组织的冲刷作用· 渣膜 弯月面 (5)溢流行为设定为仅在负滑脱阶段发生. 10mm 夹杂物。 利用反复重建有限元模型实现对溢流过程的模 拟.通过模型重建过程的时间间隔△1对应的垂直 ◆0 方向位移△l实现模拟连铸机拉速(1.3m·min-). 气泡 进而模拟了坯壳在结晶器内逐步向下移动的过程. 模型的初始条件与边界条件设定如下， (1)整个模型各节点的初始温度为浇注温度. 凝固钩 (2)模型的右边界、下边界、弯月面以上均施加 钢液 绝热边界条件： 环壳 =λ=0 (4) ax SEN出口 式中，A为导热系数，Wm2.℃1；T为温度，℃ (3)采用Thomas等的研究结果，铸坯表面的 图1数学模型尺寸及在结晶器内对应的位置 热流沿拉速方向的变化如图2所示.模型中坯壳与 Fig.1 Size of the mathematical model and the corresponding position 渣膜的传热行为均据此边界条件施加. in the mold 35 x0=a4- a与n(2-1) (2) 3.0 204 as=p.-pi)g (3) 2.5 式中，x是垂直窄面方向的长度，m;z为与窄面方向 2.0 平行的长度，m;a4是毛细常数，m;σt为钢液和结 晶器保护渣之间的界面张力，1.3N·m;p,是钢液 密度，取7000kg·m-3;P保护渣密度，取2800kg· 1.0 0 50 100150200250300 m3;g重力加速度，取9.8ms之 自弯月面以下距离/mm (3)采用有效导热系数等效两相区和液芯的传 图2弯月面以下坯壳的热流密度分布 Fig.2 Heat flux at various distances below meniscus 热，把铸坯传热简化为导热过程. (4)忽略钢液流动对初生坯壳的冲刷作用.板 以某钢厂BOF-RH一CC流程下生产的超低碳 坯连铸采用带侧孔的水口浇注时，在侧面和宽面中 钢连铸板坯初生坯壳为研究对象.连铸机断面尺寸 心靠近弯月面区域钢液流动速度比较缓慢，返流钢 为200mm×1090mm,水口插入深度140mm,结晶器 液对坯壳凝固行为的影响较小.Bottger的研究表 振动形式为正弦振动，钢液成分及温度和拉速等信 明，在坯壳表层以下0~2mm厚度范围内，可以忽略 息见表1. 表1钢液成分（质量分数）、温度和拉速 Table 1 Composition,temperatures,and casting speed information of molten steel 化学成分/% 液相线 固相线 浇注 拉速/ C Si Als Ti Mn P 温度/℃ 温度/℃ 温度/℃ （m'min-l) 0.003 0.005 0.030 0.060 0.150 0.006 0.005 1536 1518 1555 1.3 1.2夹杂物被捕集行为的物理模拟 固相线温度轮廓尺寸一致.在凝固钩表面涂抹了大 利用有机玻璃板制作了一套中间包、水口、结晶 约0.5mm厚的润滑脂以模拟凝固前沿.利用粒径 器模型，模型尺寸及结构如图3所示.水口和结晶 约为0.5mm的漂珠(A山，Si0,)放在水中模拟夹杂物 器与实际生产比例为1：1.在结晶器窄面添加了模 粒子.漂珠与真实夹杂物粒子的半径R的相似对应 拟坯壳，坯壳上部按照数值模拟结果1：1制作了模 关系依据式(5)可以计算： 拟的凝固钩装置，凝固钩的尺寸与数值模型分析的肖鹏程等: 超低碳钢连铸坯钩状坯壳的演变与夹杂物的捕集 图 1 数学模型尺寸及在结晶器内对应的位置 Fig． 1 Size of the mathematical model and the corresponding position in the mold x0 = asf － asf 槡2 ln( 槡2 － 1) ( 2) asf = 2σsf ( ρs － ρf ) g ( 3) 式中，x 是垂直窄面方向的长度，m; z 为与窄面方向 平行的长度，m; asf是毛细常数，m; σsf为钢液和结 晶器保护渣之间的界面张力，1. 3 N·m － 1 ; ρs是钢液 密度，取 7000 kg·m － 3 ; ρf 保护渣密度，取 2800 kg· m － 3 ; g 重力加速度，取 9. 8 m·s － 2 ． ( 3) 采用有效导热系数等效两相区和液芯的传 热，把铸坯传热简化为导热过程． ( 4) 忽略钢液流动对初生坯壳的冲刷作用． 板 坯连铸采用带侧孔的水口浇注时，在侧面和宽面中 心靠近弯月面区域钢液流动速度比较缓慢，返流钢 液对坯壳凝固行为的影响较小． Bttger 的研究表 明，在坯壳表层以下 0 ～ 2 mm 厚度范围内，可以忽略 钢液流动对初生坯壳组织的冲刷作用［18］． ( 5) 溢流行为设定为仅在负滑脱阶段发生． 利用反复重建有限元模型实现对溢流过程的模 拟． 通过模型重建过程的时间间隔 Δt 对应的垂直 方向位移 Δl 实现模拟连铸机拉速( 1. 3 m·min － 1 ) ． 进而模拟了坯壳在结晶器内逐步向下移动的过程． 模型的初始条件与边界条件设定如下， ( 1) 整个模型各节点的初始温度为浇注温度． ( 2) 模型的右边界、下边界、弯月面以上均施加 绝热边界条件: λ T x = λ T z = 0 ( 4) 式中，λ 为导热系数，W·m － 2·℃ － 1 ; T 为温度，℃ ． ( 3) 采用 Thomas 等［16］的研究结果，铸坯表面的 热流沿拉速方向的变化如图 2 所示． 模型中坯壳与 渣膜的传热行为均据此边界条件施加． 图 2 弯月面以下坯壳的热流密度分布 Fig． 2 Heat flux at various distances below meniscus 以某钢厂 BOF--ＲH--CC 流程下生产的超低碳 钢连铸板坯初生坯壳为研究对象． 连铸机断面尺寸 为 200 mm × 1090 mm，水口插入深度 140 mm，结晶器 振动形式为正弦振动，钢液成分及温度和拉速等信 息见表 1． 表 1 钢液成分( 质量分数) 、温度和拉速 Table 1 Composition，temperatures，and casting speed information of molten steel 化学成分/% C Si Als Ti Mn P S 液相线 温度/℃ 固相线 温度/℃ 浇注 温度/℃ 拉速/ ( m·min － 1 ) 0. 003 0. 005 0. 030 0. 060 0. 150 0. 006 0. 005 1536 1518 1555 1. 3 1. 2 夹杂物被捕集行为的物理模拟 利用有机玻璃板制作了一套中间包、水口、结晶 器模型，模型尺寸及结构如图 3 所示． 水口和结晶 器与实际生产比例为 1∶ 1． 在结晶器窄面添加了模 拟坯壳，坯壳上部按照数值模拟结果 1∶ 1制作了模 拟的凝固钩装置，凝固钩的尺寸与数值模型分析的 固相线温度轮廓尺寸一致． 在凝固钩表面涂抹了大 约 0. 5 mm 厚的润滑脂以模拟凝固前沿． 利用粒径 约为 0. 5 mm 的漂珠( Al2 SiO5 ) 放在水中模拟夹杂物 粒子． 漂珠与真实夹杂物粒子的半径 Ｒ 的相似对应 关系依据式( 5) 可以计算: · 7601 ·