.794 工程科学学报，第43卷，第6期 研究定义了两类夹杂物终止运动的条件.一是夹杂 右侧流股运动至计算域出口.夹杂物在结晶器内的 物运动至结晶器上表面被上浮去除，二是夹杂物在 停留时间随着夹杂物直径改变而变化，本研究统 凝固坯壳处被捕获.夹杂物被投入钢液中到夹杂物 计计算了不同夹杂物在钢液中的平均停留时间， 终止运动这一过程即为夹杂物在钢液内的运动过 结果如图11所示.可以看出，平均停留时间随着 程，其运动时间即为夹杂物在钢液内的停留时间 夹杂物直径的增大而减小；1m夹杂物平均停留 为了研究不同直径夹杂物在结晶器内的运动 时间为195s左右，而200m夹杂物平均停留时间 规律，记录了不同直径在结晶器内的运动轨迹，如 减小至71s左右；不同尺寸夹杂物最大的停留时 图10所示.大尺寸夹杂物所受浮力较大，因此较 间在500~1000s之间.当夹杂物尺寸较小时，夹 容易通过上浮在弯月面处去除.随着拉速增大，射 杂物在钢液中的停留时间远大于夹杂物成分转变 流冲击增强，因此大尺寸夹杂物水平运动距离也 所需的时间，表明小尺寸夹杂物一旦被卷入钢液中， 相应增大.小尺寸夹杂物跟随性较好，因此与钢液 将有充足的时间转变为缺陷处的成分.当夹杂物 流股运动轨迹相类似.拉速14mmin下10m 尺寸大于140m时，夹杂物平均停留时间开始小于 和30m夹杂物被钢液带入到结晶器深处.拉速 成分转变所需时间，但夹杂物最大停留时间仍然 1.8mmin下100um夹杂物首先随左侧下环流先向 远大于成分转变所需时间，表明部分大尺寸夹杂物 下运动再向上运动至右侧钢液射流处，并最终随 依然具有充足的停留时间转变为缺陷处的成分 3000 (b) 3000um 10 um 1000m 5001 m 1000m Residence 00m Residence time/s 、300um time/s 30 30 um 2826242 0326242 20 300μm 864 1 100μm 10m 086 0864208642 30m 图10不同拉速对夹杂物轨迹的影响.(a)1.4mmin;(b)1.8mmin Fig.10 Influence of pulling speed on the trajectory of inclusions:(a)1.4 m'min;(b)1.8 m'min 此外，在夹杂物被凝固壳捕捉之后，钢液还有 1500 1200 一个冷却、凝固、继续冷却的过程.在轧制之前还 900 要使用加热炉在1200℃条件下加热60min,根据 600 相关文献报道s-2,这一段时间内夹杂物在固体 Average residence tme of inclsions 钢中的成分转变也很显著.所以，结晶器渣卷入钢 200 150 液后，发生成分的转变是必然的.这既解释了为什 100 么在钢液中没有发现和结晶器保护渣原始成分完 50 ethe rolled plate 全一致的夹杂物，也解释了为什么镀锡板一部分 0 表面线状缺陷中尽管含有Na和Ca,但其含量与保 5 103050 100200 d um 护渣原始成分区别非常大的原因. 图11拉速为1.8mmin条件下钢液中夹杂物尺寸和平均停留时间 4结论 的关系 Fig.11 Relationship between the size of inclusions and the average 本文通过分析镀锡板缺陷处夹杂物的成分， residence time at a pulling speed of 1.8mmin 明确了缺陷处夹杂物的来源，并在此基础上建立研究定义了两类夹杂物终止运动的条件. 一是夹杂 物运动至结晶器上表面被上浮去除，二是夹杂物在 凝固坯壳处被捕获. 夹杂物被投入钢液中到夹杂物 终止运动这一过程即为夹杂物在钢液内的运动过 程，其运动时间即为夹杂物在钢液内的停留时间. 为了研究不同直径夹杂物在结晶器内的运动 规律，记录了不同直径在结晶器内的运动轨迹，如 图 10 所示. 大尺寸夹杂物所受浮力较大，因此较 容易通过上浮在弯月面处去除. 随着拉速增大，射 流冲击增强，因此大尺寸夹杂物水平运动距离也 相应增大. 小尺寸夹杂物跟随性较好，因此与钢液 流股运动轨迹相类似. 拉速 1.4 m∙min−1 下 10 μm 和 30 μm 夹杂物被钢液带入到结晶器深处. 拉速 1.8 m∙min−1 下 100 μm 夹杂物首先随左侧下环流先向 下运动再向上运动至右侧钢液射流处，并最终随 右侧流股运动至计算域出口. 夹杂物在结晶器内的 停留时间随着夹杂物直径改变而变化，本研究统 计计算了不同夹杂物在钢液中的平均停留时间， 结果如图 11 所示. 可以看出，平均停留时间随着 夹杂物直径的增大而减小；1 μm 夹杂物平均停留 时间为 195 s 左右，而 200 μm 夹杂物平均停留时间 减小至 71 s 左右；不同尺寸夹杂物最大的停留时 间在 500～1000 s 之间. 当夹杂物尺寸较小时，夹 杂物在钢液中的停留时间远大于夹杂物成分转变 所需的时间，表明小尺寸夹杂物一旦被卷入钢液中， 将有充足的时间转变为缺陷处的成分. 当夹杂物 尺寸大于 140 μm 时，夹杂物平均停留时间开始小于 成分转变所需时间，但夹杂物最大停留时间仍然 远大于成分转变所需时间，表明部分大尺寸夹杂物 依然具有充足的停留时间转变为缺陷处的成分. (a) 3000 μm (b) 500 μm 1000 μm 300 μm 10 μm 30 μm 100 μm 3000 μm 500 μm 1000 μm 300 μm 30 μm 100 μm 10 μm x z y Residence time/s 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 x z y Residence time/s 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 图 10    不同拉速对夹杂物轨迹的影响. （a）1.4 m∙min−1；（b）1.8 m∙min−1 Fig.10    Influence of pulling speed on the trajectory of inclusions: (a) 1.4 m∙min−1 ；(b) 1.8 m∙min−1 此外，在夹杂物被凝固壳捕捉之后，钢液还有 一个冷却、凝固、继续冷却的过程. 在轧制之前还 要使用加热炉在 1200 ℃ 条件下加热 60 min，根据 相关文献报道[25−29] ，这一段时间内夹杂物在固体 钢中的成分转变也很显著. 所以，结晶器渣卷入钢 液后，发生成分的转变是必然的. 这既解释了为什 么在钢液中没有发现和结晶器保护渣原始成分完 全一致的夹杂物，也解释了为什么镀锡板一部分 表面线状缺陷中尽管含有 Na 和 Ca，但其含量与保 护渣原始成分区别非常大的原因. 4    结论 本文通过分析镀锡板缺陷处夹杂物的成分， 明确了缺陷处夹杂物的来源，并在此基础上建立 1 3 5 10 30 50 100 200 0 50 100 150 200 600 900 1200 1500 Maximum residence time of inclusions Required time to transform original slag inclusions into the line defect on the rolled plate Time/s dinc/μm Average residence time of inclusions 图 11    拉速为 1.8 m∙min−1 条件下钢液中夹杂物尺寸和平均停留时间 的关系 Fig.11     Relationship  between  the  size  of  inclusions  and  the  average residence time at a pulling speed of 1.8 m∙min−1 · 794 · 工程科学学报，第 43 卷，第 6 期