VoL22 No.5 刑德君等：连铸结晶器内铸坯温度场和应力场糕合过程数值模拟 ·419 曲线为分段线性内.计算中所采用的物性参数均 ×120mm的方坯铸机，其结晶器铜管长 为温度的函数，其中针对热膨胀系数专门建立 812.8mm,锥度为0.6%/m,铜管壁厚10mm,内 了一个计算模型，用来考虑包晶相变对初生坯 外圆角半径分别为6mm和16mm.模拟的工艺 亮凝固收缩的影响.计算中将液、固区域作为一 条件为：2.5mmm,钢中含碳0.2%，烧铸温度 个整体，对高于液相线温度的力学参数作特殊 1545℃，弯月面距铜顶部距离为80mm. 处理，使液相区应力状态保持为均匀的静水压 2.2模型验证 状态，且施加在外部的钢水静压力可近似保持 采用把温度场和应力场进行耦合分析的方 原值地传递到固态坯壳内侧 法，可以从物理现象的本质出发，有效考察结晶 1.7模型的运算求解 器内的气隙效应，即气隙抑制角部坯壳生长，使 利用非线性有限元商用软件包，MARC,在 坯壳沿铸坯横新面厚薄不均.图2是计算出的 PentiumⅡ266MHz微机上对模型进行求解.由 结晶器出口处铸坯断面温度等值线分布图，同 于计算过程涉及弹塑性（非线性材料行为）和接 时在该图中将预测出固相线位置和从漏钢铸坯 触（非线性边界条件），循环迭代次数多，每次运 上得到的坯壳厚度值作了比较，可以看出，预测 算耗时约30h 出的坯壳形状与实际满钢坏壳形貌基本吻合， 2数学模型的验证 模型预测出的角部坯壳比中部明显薄，中部约 为9.5mm,角部约为6.5mm,与实测值吻合.可 2.1计算条件 见，该热-力耦合模型能够真实合理地模拟出结 将模型应用于某钢厂的浇铸断面为120mm 晶器内热和力学状况 (a) (b) 结晶器出口处 1328 铸坯渐面温度分布 放大5倍 129% 从漏钢，坯 1200 1264 测得的坯亮厚度 1232 ,液相线15201456 周相线1488,1424 1392 1360 1200 角部出现气隙（放大了5前 15mm 图2结晶器出口铸还新面温度分布(。)铸还新面等温圾分布：()蒲钢还壳形貌 Fig.2 Temperature distribution of billet cross section at mold exit 3模拟结果的分析与讨论 10 中部 31还壳生长状况 ”角部 图3是沿结晶器长度方向上，铸坯中部和 6 角部坯壳厚度变化情况.在离弯月面约50mm 处，角部坯壳生长开始受到抑制：到达结晶器出 口时，角部坏壳明显比中部薄，大约只有其23 厚.从图2也可看出初生坏壳沿铸坯横断面厚 0 薄不均 0100200300400500600700 3.2坯壳一铜壁界面气隙分布 (弯月面)ymm 图4是坯壳和结晶器铜壁界面气隙分布， 图3.角部和中部还壳生长比较 可见，在凝固的很早阶段（离弯月面不到100mm Fig.3 Comparison of shell thickness between corner and 的范围内)，气隙就在铸坯角部出现，然后不断 midface