D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2004.03.007 第26卷第3期 北京科技大学学报 VoL.26 No.3 2004年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2004 连铸板坯凝固过程的应变分析 朱国森于会香王新华王万军 北京科技大学冶金学院，北京100083 摘要通过建立连铸板坯凝固过程的传热模型和采用实测温度数据进行检验，获得了铸坯 温度及坯壳厚度的数据.在此基础上建立了凝固过程的应变分析模型，得到了实际工况条件 下坯壳所受的拉应变，结果表明，在正常工况下，连铸坯凝固前沿所受的应变很小，铸坯不会 产生内部裂纹：当导辊开口度的偏差大于2mm时，其引起的应变大于鼓肚应变，且凝固前沿 所受的应变大于临界应变，内部裂纹发生的可能性很大，支撑辊对中精度是产生内部裂纹的 重要影响因素 关键词板坯连铸；内部裂纹：应变：鼓肚：传热 分类号TF771.1 连铸板坯凝固过程中内部裂纹的形成与凝 (⑥)二冷区的传热系数 固前沿坯壳所受的拉应变有很大的关系.当坯壳 h=0.581×(1-0.0075Tm)w51 (3) 所受的拉应力超过临界应变时，内部裂纹就产生 其中，w为冷却水量，L/(m2sT。为铸坯表面温 了.在铸坯运行过程中，凝固前沿所受的拉应变 度，℃ 主要包括鼓肚应变、矫直应变以及支撑辊不对中 (©)空冷区的辐射传热系数 应变三个部分切 h=o32红+z) (4) 本文通过建立连铸板坯凝固过程的传热和 其中，T.为环境温度，℃；oa为Stefan-Boltzman常 应变分析模型，研究实际工况条件下，连铸坯凝 数，5.67×10-W/(m2K):m为板坯的灰度，0.8. 固前沿坯壳所受的应变， (4)模型的验证方法，采用北京科技大学冶金 学院自行开发研制的远红外非接触式测温一 1数学模型 计算机高速采集系统，对铸坯表面温度进行测 1.1凝固传热模型 量.将测量位置的温度与模型计算温度进行比 ()控制方程.根据板坯凝固的特点，可以采 较，以此来确定模型的准确性. 用二维非稳态导热模型来描述其凝固过程.其控 (⑤)计算参数的确定.以国内某钢厂立弯式板 制方程为： 坯连铸机为研究对象，铸坯的尺寸为1300mm× 新e-器 (1) 230mm,拉速为1.2m/min,冷却水量为165mh. 钢种的化学成分（质量分数）：C0.16%,Si0.20%, 其中，入为有效导热系数，W(m·℃)：T为温度，℃： Mm0.40%,P0.018%,S0.02%,Als0.02%,0 2为凝固潜热，Jg:p为钢水密度，kgm:c为比热 1.6×105,N1.8×105.二冷区1~16回路的分配比分 容，J/kg·℃)；t为时间，s. (2)初始条件.钢水的浇铸温度为1537℃. 别为4.5,0.5,19.4,3.2,6.4,7.3,3.9,5.1,6.0,8.5,4.4， 7.4,5.09.3,2.7,6.4.铸机的参数见表1，矫直参 (3)边界条件. 数见表2. (a)结晶器中的热流密度 (2) 1.2应变分析模型 9=2680-3355 (1)鼓肚应变分析模型， 其中，1为凝固时间，s (a)鼓肚量.文献[6的研究表明，计算铸坯鼓 收稿日期2002-11-19朱国森男，25岁，博士研究生 肚量的计算公式为：第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 〕 一 一 。 连铸板坯凝固过程 的应变分析 朱 国森 于会香 王 新 华 王 万 军 北 京科技 大 学冶 金 学 院 ， 北京 摘 要 通过建立连铸 板 坯 凝 固过程 的传 热 模型 和 采用 实测 温度数据 进行 检 验 ， 获得 了铸坯 温 度及 坯 壳厚 度 的数据 在 此基础 上 建立 了凝 固过程 的应 变分 析模型 ， 得 到 了实 际工 况 条件 下 坯壳 所 受 的拉应变 结果 表 明 ， 在 正 常 工 况 下 ， 连 铸坯 凝 固前 沿 所 受 的应 变很 小 ， 铸坯 不 会 产 生 内部裂纹 当 导 辊 开 口 度 的偏 差 大于 时 ， 其 引起 的应 变大于 鼓 肚 应变 ， 且 凝 固前沿 所 受 的应 变大 于 临界应变 ， 内部 裂 纹发 生 的可 能性 很 大 支撑 辊对 中精度 是 产 生 内部裂 纹 的 重 要 影 响 因 素 关键 词 板 坯连 铸 内部 裂 纹 应变 鼓 肚 传热 分 类号 连 铸 板 坯 凝 固 过 程 中 内部 裂 纹 的 形 成 与 凝 固前沿 坯 壳所 受 的拉 应 变 有很 大 的关 系 当坯 壳 所 受 的拉 应 力超 过 临界应 变 时 ， 内部 裂 纹 就产 生 了 在 铸 坯 运 行 过 程 中 ， 凝 固前 沿 所 受 的拉 应 变 主 要 包 括 鼓 肚 应 变 、 矫 直 应 变 以及 支撑 辊 不对 中 应 变 三 个 部 分 【 一 ， 本 文 通 过 建 立 连 铸 板 坯 凝 固过 程 的传 热 和 应 变分 析 模 型 ， 研 究 实 际工 况 条件 下 ， 连 铸 坯 凝 固前 沿 坯 壳所 受 的应 变 数 学模 型 凝 固传 热 模 型 控 制 方 程 根 据 板 坯 凝 固 的特 点 ， 可 以采 用 二 维 非稳 态 导 热 模 型 来 描 述其凝 固过程 其 控 制 方 程 为 己 ， 己 、 『 。 日 、 。 下护币了厂万铲万厂甘 一 下 ‘ ， 其 中 ， 入为有 效 导热 系数 ， · ℃ 为温度 ， ℃ 为凝 固潜 热 ， 瓜 为钢 水 密 度 ， 为 比热 容 ， 雌 · ℃ 为 时 间 ， 初 始 条 件 钢 水 的浇 铸 温 度 为 ℃ 边 界 条件 结 晶器 中的热 流 密 度 口， 叮 一 砂 ， 其 中 ， 为凝 固 时 间 ， 收稿 日期 加 一 朱 国森 男 ， 岁 ， 博士 研 究生 二冷 区 的传 热 系数’ 一 几 刀，， 其 中 ， 、 为 冷 却 水 量 ， ， · 几 为铸 坯 表 面温 度 ， ℃ 空 冷 区 的辐 射 传 热 系 数 几 丫 大 、 ， 、 一 几“ 型饭茄卫」 萨月 “ 几 其 中 ， 为 环 境 温 度 ， ℃ 几 为 一 常 数 ， “ 吕 ， · 翻 为 板 坯 的灰度 ， 模型 的验 证 方 法 ， 采用 北 京科 技 大学 冶金 学 院 自行 开 发 研 制 的远 红 外 非 接 触 式 测 温 计 算 机 高速 采 集系 统 【 ， 对 铸 坯 表 面 温度 进 行—测 量 将 测 量 位 置 的温 度 与 模 型 计 算温 度 进 行 比 较 ， 以此 来 确 定模 型 的准 确 性 计 算参 数 的确 定 以国 内某钢 厂 立 弯 式板 坯 连 铸 机 为研 究对 象 ， 铸 坯 的尺 寸 为 、 ， 拉 速 为 ， 冷 却 水 量 为 爪 钢 种 的化 学成 分 质 量 分数 ， ， ， ， ， ， 一 ，， 一 ， 二 冷 区 一 回路 的分 配 比分 别 为 ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 铸 机 的参 数 见表 ， 矫 直 参 数 见 表 ， 应 变 分 析模 型 鼓肚 应 变 分 析模 型 鼓 肚 量 文 献 的研 究表 明 ， 计 算铸 坯 鼓 肚 量 的计 算公 式 为 DOI ：10．13374／j ．issn1001—053x．2004．03．007