D0L:10.13374.issn1001-053x.2012.09.015 第34卷第9期 北京科技大学学报 Vol.34 No.9 2012年9月 Journal of University of Science and Technology Beijing Sep.2012 大方坯连铸过程凝固规律 肖超2)☒ 张炯明，2) 罗衍昭2》 胡招凡2) 1)北京科技大学钢铁治金新技术国家重点实验室，北京1000832)北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 区通信作者，E-mail:xiaochaolpy@126.com 摘要通过建立425mm×320mm连铸大方坯二维凝固传热数学模型，模拟了凝固坯壳的长大过程，并通过窄面射钉实验对 数学模型进行了验证，精确得到了任意位置处大方坯凝固坯壳的厚度分布情况及最终凝固终点的位置，发现经典的凝固平方 根定律对于连铸大方坯的凝壳长大进程不再适用.回归宽面中心坯壳厚度与凝固时间平方根的关系式发现，结晶器弯月面至 二冷区出口，近似为线性关系，符合平方根定律，二冷区出口至凝固终点，二者为非线性关系，不再符合平方根定律. 关键词连铸：大方坯：凝固：传热：数学模型 分类号TF777.2 Solidification regularity of a bloom during continuous casting XIAO Chao),ZHANG Jiong-ming,LUO Yan-zhao,HU Zhao-fan? 1)State Key Laboratory of Advanced Metallurgy,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:xiaochaolpy@126.com ABSTRACT A two-dimensional mathematical model of solidification and heat transfer for a bloom with the cross section of 425 mm x 320 mm was established,which simulated the growth process of the solidified shell.The model was verified by nail-shooting experi- ments in the narrow side of the bloom.The solidified shell thickness distribution at any fixed location in the casting direction and the position of the solidification end point were got by the model.It is found that the traditional solidification square root law is not fit for describing the solidification process.A mathematical relationship was regressed between the solidified shell thickness and the square root of solidification time in the center of the wide side.The regression results show that it is approximately linear from the mold menis- cus to the secondary cooling zone export,which satisfies the square root law.However,from the secondary cooling zone export to the solidification end point,it is a non-inear relationship,which no longer follows the square root law. KEY WORDS continuous casting:blooms:solidification:heat transfer:mathematical models 在连续浇注过程中，由于现场测试条件的限制， 碳三个典型钢类的五个钢种作为研究对象，并结合 很难直接准确测出连铸坯凝固坯壳的厚度分布情 射钉实验测定的窄面中心实际坯壳厚度，对编写的 况.随着连铸坯凝固传热数值模拟的迅速发展，模 大方坯凝固传热数学模型进行了校正，从而得到了 拟结果更加接近实际，数学模型法逐渐成为研究 铸坯整个横截面的凝固坯壳厚度分布和凝固终点位 凝固规律的有效方法-).尤其近年来，应用凝固平 置，回归出了宽面中心坯壳厚度与凝固时间的数学 方根定律，结合射钉法对板坯、小方坯进行凝固规律 关系式 研究的很多4)，但系统进行400mm×300mm以上 1大方坯凝固传热数学模型 大断面连铸坯凝固规律研究的却很少.究其原因， 关键在于凝固平方根定律仅适用于平面一维凝固过 大方坯凝固传热数学模型是按照传热学理论， 程，大断面连铸坯需要整个横截面的凝固坯壳厚度. 通过微元体的动态跟踪来实现的.采用Visual C++ 本研究将横截面为425mm×320mm,高、中、低 6.0编写，使用Access数据库进行存储. 收稿日期：201107-04 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51074022)第 34 卷 第 9 期 2012 年 9 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 9 Sep． 2012 大方坯连铸过程凝固规律 肖 超1，2) 张炯明1，2) 罗衍昭1，2) 胡招凡2) 1) 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京 100083 2) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 通信作者，E-mail: xiaochaolpy@ 126． com 摘 要 通过建立 425 mm × 320 mm 连铸大方坯二维凝固传热数学模型，模拟了凝固坯壳的长大过程，并通过窄面射钉实验对 数学模型进行了验证，精确得到了任意位置处大方坯凝固坯壳的厚度分布情况及最终凝固终点的位置，发现经典的凝固平方 根定律对于连铸大方坯的凝壳长大进程不再适用． 回归宽面中心坯壳厚度与凝固时间平方根的关系式发现，结晶器弯月面至 二冷区出口，近似为线性关系，符合平方根定律，二冷区出口至凝固终点，二者为非线性关系，不再符合平方根定律． 关键词 连铸; 大方坯; 凝固; 传热; 数学模型 分类号 TF777. 2 Solidification regularity of a bloom during continuous casting XIAO Chao 1，2) ，ZHANG Jiong-ming1，2) ，LUO Yan-zhao 1，2) ，HU Zhao-fan2) 1) State Key Laboratory of Advanced Metallurgy，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) School of Metallurgical and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: xiaochaolpy@ 126． com ABSTRACT A two-dimensional mathematical model of solidification and heat transfer for a bloom with the cross section of 425 mm × 320 mm was established，which simulated the growth process of the solidified shell． The model was verified by nail-shooting experi￾ments in the narrow side of the bloom． The solidified shell thickness distribution at any fixed location in the casting direction and the position of the solidification end point were got by the model． It is found that the traditional solidification square root law is not fit for describing the solidification process． A mathematical relationship was regressed between the solidified shell thickness and the square root of solidification time in the center of the wide side． The regression results show that it is approximately linear from the mold menis￾cus to the secondary cooling zone export，which satisfies the square root law． However，from the secondary cooling zone export to the solidification end point，it is a non-linear relationship，which no longer follows the square root law． KEY WORDS continuous casting; blooms; solidification; heat transfer; mathematical models 收稿日期: 2011--07--04 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51074022) 在连续浇注过程中，由于现场测试条件的限制， 很难直接准确测出连铸坯凝固坯壳的厚度分布情 况． 随着连铸坯凝固传热数值模拟的迅速发展，模 拟结果更加接近实际［1］，数学模型法逐渐成为研究 凝固规律的有效方法［2--3］． 尤其近年来，应用凝固平 方根定律，结合射钉法对板坯、小方坯进行凝固规律 研究的很多［4--8］，但系统进行 400 mm × 300 mm 以上 大断面连铸坯凝固规律研究的却很少． 究其原因， 关键在于凝固平方根定律仅适用于平面一维凝固过 程，大断面连铸坯需要整个横截面的凝固坯壳厚度． 本研究将横截面为 425 mm × 320 mm，高、中、低 碳三个典型钢类的五个钢种作为研究对象，并结合 射钉实验测定的窄面中心实际坯壳厚度，对编写的 大方坯凝固传热数学模型进行了校正，从而得到了 铸坯整个横截面的凝固坯壳厚度分布和凝固终点位 置，回归出了宽面中心坯壳厚度与凝固时间的数学 关系式． 1 大方坯凝固传热数学模型 大方坯凝固传热数学模型是按照传热学理论， 通过微元体的动态跟踪来实现的． 采用 Visual C + + 6. 0 编写，使用 Access 数据库进行存储． DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.09.015