王举金等：卷渣类夹杂物在结晶器钢液中成分转变的动力学模型 .795· 了结晶器卷渣类夹杂物和钢液反应的动力学模 社，2019) 型，通过与实验数据的对比验证了本模型的正确 [3]Jiang Y F.Analysis of surface defects of medium plate rolled from 性，并研究了不同影响因素对夹杂物成分演变过 continuous casting slab.Iron Steel,1998,33(8):29 (姜亚飞.连铸板坯轧制中板的表面缺陷.钢铁，1998,33(8)：29) 程的影响.结论总结如下： [4] Yu HX,Deng XX,Wang X H,et al.Characteristics of subsurface (1)镀锡板表面缺陷处夹杂物部分来源于结 inclusions in deep-drawing steel slabs at high casting speed.Metall 品器保护渣，但其成分不同于保护渣，随浇铸过程 Res Technol,2015,112(6):608 的进行，卷渣类夹杂物不断与钢液反应，致使其成 [5] Lan Y,Wang Y F.Yang Z Z,et al.Analyzing and control of 分发生变化，因此不能直接将缺陷处成分和保护 surface inclusion defect of hot-rolled coil.Adv Mater Res,2013, 渣成分进行对比，这两者没有准确的对应关系 753-755:230 (2)通过耦合热力学平衡和动力学扩散建立了 [6]Gao X J,Li J S,Yang S F,et al.Application of tracers to investigate source of slag inclusions in surface defects of SPHC 卷渣类夹杂物和钢液反应的动力学模型，以100m steel.Henan Metall,2014,22(3):14 卷渣类夹杂物为例，将计算结果与实验结果进行 (高晓杰，李京社，杨树峰，等.SPHC板卷表面缺陷来源示踪研 对比，缺陷处夹杂物成分和模型计算结果较为吻 究.河南冶金，2014,22(3)：14) 合，100um卷渣类夹杂物和钢液反应约80s后，其 [7]Jiang C H,Tang D,Zhang C,et al.Morphology and metallurgical 成分转变为缺陷处夹杂物成分 factors of line defects on surface of cold rolled 304 austenitic (3)卷渣类夹杂物成分转变为缺陷处夹杂物 stainless steel sheet.Mater Res Innovations,2014,18(Suppl 4): S4-281 成分所需时间和夹杂物尺寸以及夹杂物密度有 [8]Yotsuji J,Koshihara T.Detection system for inclusion defects in 关，尺寸越大，密度越大，转变速率越小，所需时间 hot-rolled steel plates using MFLT with two different magnetizing 越长.密度为2500kgm3时，所需时间与夹杂物尺 strengths.AIP Conf Proc,2014,1581:1315 寸呈幂函数关系；直径为100m时，所需时间与 [9] Liu S T,Hu J H,Xu Z Q,et al.Analysis on inclusion defects for 夹杂物密度为二次函数关系. titanium containing austenitic steel and related manufacturing (4)结晶器和液相穴内的钢液流动和夹杂物 way II The 8th Pacific Rim International Congress on Advanced 运动的模拟结果表明夹杂物在钢液中的平均停留 Materials and Processing.Waikoloa,2013:2205 [10]Kusano A,Sato N,Okimori M.Formation mechanism of a white 时间随着夹杂物直径增大而减小.对于直径为 spot defect on the tin plate steel produced by continuous cast slab. 10um的夹杂物，其最大停留时间约为1000s,平 Teisu-To-Hagane,2000,86(5):315 均停留时间为195s:对于直径为200um的夹杂 [11]Zhang L F.Nucleation,growth,transport,and entrapment of 物，其最大停留时间约为500s,平均停留时间为 inclusions during steel castingM013,65(9):1138 71s. [12]Wang S D,Chen W,Zhang X B,et al.Influence of fe-mold on (5)当前模型仅考虑了卷渣类夹杂物和钢液 flow pattern and entrapment of inclusions in continuous casting strand./ICS2018-7th International Congress on Science and 的反应动力学，下一步工作将开展卷渣类夹杂物 Technology of Steelmaking.Venice,2018 在后续连铸坯凝固、冷却和加热过程中成分变化 [13]Wang S D,Zhang L F,Wang QQ,et al.Effect of electromagnetic 的动力学研究 parameters on the motion and entrapment of inclusions in FC- 致谢 Mold continuous casting strands.Metall Res Technol,2016, 本文作者感谢燕山大学高钢中心(HSC)、先 113(2):205 进制造用高品质钢铁材料开发与智能制造北京市 [14]Chen W,Ren Y,Zhang L F.Large eddy simulation on the fluid 国际科技合作基地(ICSM)和北京科技大学高品质 flow,solidification and entrapment of inclusions in the steel along the full continuous casting slab strand.018,70(12):2968 钢研究中心(HQSC)的资助 [15]Yamashita S,Iguchi M.Mechanism of mold powder entrapment caused by large argon bubble in continuous casting mold.ISI/Int, 参考文献 2001,41(12):1529 [1]Zhang L F.Non-Metallic Inclusions in Steels:Fundamentals. [16]Jiang P G,Lai C B.Numerical simulation of the flow field in a Beijing:Metallurgical Industry Press,2019 wide slab continuous casting mold.Chin/Eng,2016,38(Suppl 1): (张立峰.钢中非金属夹杂物.北京：冶金工业出版社，2019) 50 [2]Zhang L F.Non-Metallic Inclusions in Steels:Industrial Practice (姜平国，赖朝斌.宽板坯连铸结品器流场的数值模拟.工程科 Beijing:Metallurgical Industry Press,2019 学学报，2016,38（增刊150） (张立峰.钢中非金属夹杂物：工业实践.北京：治金工业出版 [17]Wu H J,Zhang L,Xu Y,et al.Water model study on critical slag了结晶器卷渣类夹杂物和钢液反应的动力学模 型，通过与实验数据的对比验证了本模型的正确 性，并研究了不同影响因素对夹杂物成分演变过 程的影响. 结论总结如下： （1）镀锡板表面缺陷处夹杂物部分来源于结 晶器保护渣，但其成分不同于保护渣，随浇铸过程 的进行，卷渣类夹杂物不断与钢液反应，致使其成 分发生变化，因此不能直接将缺陷处成分和保护 渣成分进行对比，这两者没有准确的对应关系. （2）通过耦合热力学平衡和动力学扩散建立了 卷渣类夹杂物和钢液反应的动力学模型，以 100 μm 卷渣类夹杂物为例，将计算结果与实验结果进行 对比，缺陷处夹杂物成分和模型计算结果较为吻 合，100 μm 卷渣类夹杂物和钢液反应约 80 s 后，其 成分转变为缺陷处夹杂物成分. （3）卷渣类夹杂物成分转变为缺陷处夹杂物 成分所需时间和夹杂物尺寸以及夹杂物密度有 关，尺寸越大，密度越大，转变速率越小，所需时间 越长. 密度为 2500 kg∙m−3 时，所需时间与夹杂物尺 寸呈幂函数关系；直径为 100 μm 时，所需时间与 夹杂物密度为二次函数关系. （4）结晶器和液相穴内的钢液流动和夹杂物 运动的模拟结果表明夹杂物在钢液中的平均停留 时间随着夹杂物直径增大而减小. 对于直径为 10 μm 的夹杂物，其最大停留时间约为 1000 s，平 均停留时间为 195 s；对于直径为 200 μm 的夹杂 物，其最大停留时间约为 500 s，平均停留时间为 71 s. （5）当前模型仅考虑了卷渣类夹杂物和钢液 的反应动力学，下一步工作将开展卷渣类夹杂物 在后续连铸坯凝固、冷却和加热过程中成分变化 的动力学研究. 致谢 本文作者感谢燕山大学高钢中心（HSC）、先 进制造用高品质钢铁材料开发与智能制造北京市 国际科技合作基地（ICSM）和北京科技大学高品质 钢研究中心（HQSC）的资助. 参    考    文    献 Zhang  L  F. Non-Metallic Inclusions in Steels: Fundamentals. Beijing: Metallurgical Industry Press, 2019 （ 张立峰. 钢中非金属夹杂物. 北京: 冶金工业出版社, 2019） [1] Zhang L F. Non-Metallic Inclusions in Steels: Industrial Practice. Beijing: Metallurgical Industry Press, 2019 （ 张立峰. 钢中非金属夹杂物: 工业实践. 北京: 冶金工业出版 [2] 社, 2019） Jiang Y F. Analysis of surface defects of medium plate rolled from continuous casting slab. Iron Steel, 1998, 33（8）: 29 （姜亚飞. 连铸板坯轧制中板的表面缺陷. 钢铁, 1998, 33（8）：29） [3] Yu H X, Deng X X, Wang X H, et al. Characteristics of subsurface inclusions in deep-drawing steel slabs at high casting speed. Metall Res Technol, 2015, 112（6）: 608 [4] Lan  Y,  Wang  Y  F,  Yang  Z  Z,  et  al.  Analyzing  and  control  of surface  inclusion  defect  of  hot-rolled  coil. Adv Mater Res,  2013, 753-755: 230 [5] Gao  X  J,  Li  J  S,  Yang  S  F,  et  al.  Application  of  tracers  to investigate  source  of  slag  inclusions  in  surface  defects  of  SPHC steel. Henan Metall, 2014, 22（3）: 14 （高晓杰, 李京社, 杨树峰, 等. SPHC板卷表面缺陷来源示踪研 究. 河南冶金, 2014, 22（3）：14） [6] Jiang C H, Tang D, Zhang C, et al. Morphology and metallurgical factors  of  line  defects  on  surface  of  cold  rolled  304  austenitic stainless  steel  sheet. Mater Res Innovations,  2014,  18（Suppl  4）: S4-281 [7] Yotsuji J, Koshihara T. Detection system for inclusion defects in hot-rolled steel plates using MFLT with two different magnetizing strengths. AIP Conf Proc, 2014, 1581: 1315 [8] Liu S T, Hu J H, Xu Z Q, et al. Analysis on inclusion defects for titanium  containing  austenitic  steel  and  related  manufacturing way  //  The  8th Pacific Rim International Congress on Advanced Materials and Processing. Waikoloa, 2013: 2205 [9] Kusano A, Sato N, Okimori M. Formation mechanism of a white spot defect on the tin plate steel produced by continuous cast slab. Tetsu-To-Hagane, 2000, 86（5）: 315 [10] Zhang  L  F.  Nucleation,  growth,  transport,  and  entrapment  of inclusions during steel casting. JOM, 2013, 65（9）: 1138 [11] Wang  S  D,  Chen  W,  Zhang  X  B,  et  al.  Influence  of  fc-mold  on flow  pattern  and  entrapment  of  inclusions  in  continuous  casting strand.  // ICS2018-7th International Congress on Science and Technology of Steelmaking. Venice, 2018 [12] Wang S D, Zhang L F, Wang Q Q, et al. Effect of electromagnetic parameters  on  the  motion  and  entrapment  of  inclusions  in  FC￾Mold  continuous  casting  strands. Metall Res Technol,  2016, 113（2）: 205 [13] Chen  W,  Ren  Y,  Zhang  L  F.  Large  eddy  simulation  on  the  fluid flow, solidification and entrapment of inclusions in the steel along the full continuous casting slab strand. JOM, 2018, 70（12）: 2968 [14] Yamashita  S,  Iguchi  M.  Mechanism  of  mold  powder  entrapment caused by large argon bubble in continuous casting mold. ISIJ Int, 2001, 41（12）: 1529 [15] Jiang  P  G,  Lai  C  B.  Numerical  simulation  of  the  flow  field  in  a wide slab continuous casting mold. Chin J Eng, 2016, 38(Suppl 1): 50 （ 姜平国, 赖朝斌. 宽板坯连铸结晶器流场的数值模拟. 工程科 学学报, 2016, 38(增刊1): 50） [16] [17] Wu H J, Zhang L, Xu Y, et al. Water model study on critical slag 王举金等： 卷渣类夹杂物在结晶器钢液中成分转变的动力学模型 · 795 ·