张炯明等：连铸板坯三维二冷动态配水与精准压下研究与应用 ·1673· f(c)第i个成分组元与纯相a某一物性参数之间 h为钢的显焓：L为钢种的凝固潜热：单位均为 的函数关系；P。(T)一纯相α在T温度下的某一物 Jkg 性参数；fPa,T)为Pa(T)与Pa和T的函数关系式 2.1.1.3导热系数修正 根据钢种的相组成及每个相的性能利用混合 连铸过程中，钢水在液相穴内的湍流流动导 定律计算出材料的整体性能，如式(19)： 致钢水的导热系数明显大于坯壳（固态钢）的导热 P=PaXa+PpXB (19) 系数.因此，数据库中钢的导热系数分为两个部 其中，P为钢种某一温度下的物性参数：P为钢种 分，首先是固态钢的导热系数，其次是以固态钢导 某一温度下α相的物性参数；Ka为钢种某一温度 热系数和湍流效应为基础对钢水导热系数进行修 下α相的相分数，%；PB为钢种某一温度下B相的 正的修正因子M常数).通过数值模拟计算得到连 物性参数；XB为钢种某一温度下阝相的相分数，% 铸过程中液相穴内钢水的有效导热系数，进而得 (2)钢种液相热焓值及凝固潜热处理 出了导热系数的修正因子，模拟计算中流动、传 钢在凝固时会释放凝固潜热，凝固潜热按下 热、凝固方程及参数见文献[32-33].图14(a)为通 面方法计算.钢种在温度T时的焓值H由公式 过数值模拟计算得出的Q345的有效导热系数云 (20)~(21)计算，固液相率及f由前面提到的 图分布，在铸坯各横向截面作有效导热系数平均 Scheil--GulliverB方程确定， 化处理，得出了钢水有效导热系数随拉坯方向的 H=△h+h+L (20) 变化曲线（图14b),根据该曲线确定了软件中结 HT=fsHs+f (21) 晶器及二冷各区的钢水的有效导热系数值，结晶 其中，H为钢种固态时在温度T时的焓值；H为钢 器区域M为4，二冷区M为3.在数据库中写入各 种液态时在温度T时的焓值；△h为钢的过热焓； 分区M值，即实现了对导热系数的修正， (a) 0.5 200 10 (b) 180 9 8 K(W-m-1-K-) 160 140 120 5 -Calculated 60 40 2 0 04 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 30 Thic 010.8 width/m Distance from meniscus/m 0. 图14Q345有效导热系数分布及M值沿拉坯方向变化.(a)有效导热系数分布：(b)M值沿拉坯方向变化 Fig.14 Effective thermal conductivity and M:(a)distribution of effective thermal conductivity;(b)variation of Mon the direction of casting 2.1.2双目标温度设定技术及其应用 冷水量分布均匀，减少铸坯表面裂纹和角横裂纹， 对于具有幅切功能的铸机，通常是确定中心 减轻W形状凝固终点 的冷却水量，边部的冷却水量为中心的冷却水量 2.1.3压下量及压下位置确定技术 乘以一系数，数据库中有一数据表，可根据实际情 压下技术是将凝固终点附近辊列的收缩锥度 况进行调整，本研究采用双目标温度，即设定铸坯 由常规的0.2mmm左右增加到0.8~1.4mmm, 表面中心、铸坯表面角部的目标温度不同，计算达 以补偿钢水凝固造成的收缩，消除由此引起的钢 到铸坯中心、边部的目标温度所需要的中部、边 水流动，使中心偏析显著减轻 部的冷却水量并进行设定.这样设定的边部水量 轻压下工艺压下位置和压下量是两个重要参 更为合理、准确.以这种控制方式控制，能够使二 数，关于这两个参数普遍认为由实际经验确定.本f(ci) Pα (T) f(Pα ,T) Pα (T) Pα 第 i 个成分组元与纯相 α 某一物性参数之间 的函数关系； —纯相 α 在 T 温度下的某一物 性参数； 为 与 和 T 的函数关系式. 根据钢种的相组成及每个相的性能利用混合 定律计算出材料的整体性能，如式（19）： P = Pα χα + Pβ χβ （19） Pα χα Pβ χβ 其中，P 为钢种某一温度下的物性参数； 为钢种 某一温度下 α 相的物性参数； 为钢种某一温度 下 α 相的相分数，%； 为钢种某一温度下 β 相的 物性参数； 为钢种某一温度下 β 相的相分数，%. （2）钢种液相热焓值及凝固潜热处理. 钢在凝固时会释放凝固潜热，凝固潜热按下 面方法计算. 钢种在温度 T 时的焓值 HT 由公式 （20）～（21）计算，固液相率 f s 及 f l 由前面提到的 Scheil−Gulliver[31] 方程确定. Hl = ∆h+h+ L （20） HT = fsHs + flHl （21） Hs Hl ∆h 其中， 为钢种固态时在温度 T 时的焓值； 为钢 种液态时在温度 T 时的焓值； 为钢的过热焓； h 为钢的显焓 ； L 为钢种的凝固潜热 ；单位均 为 J·kg−1 . 2.1.1.3 导热系数修正 连铸过程中，钢水在液相穴内的湍流流动导 致钢水的导热系数明显大于坯壳（固态钢）的导热 系数. 因此，数据库中钢的导热系数分为两个部 分，首先是固态钢的导热系数，其次是以固态钢导 热系数和湍流效应为基础对钢水导热系数进行修 正的修正因子 M(常数). 通过数值模拟计算得到连 铸过程中液相穴内钢水的有效导热系数，进而得 出了导热系数的修正因子，模拟计算中流动、传 热、凝固方程及参数见文献 [32−33]. 图 14(a) 为通 过数值模拟计算得出的 Q345 的有效导热系数云 图分布，在铸坯各横向截面作有效导热系数平均 化处理，得出了钢水有效导热系数随拉坯方向的 变化曲线（图 14(b)），根据该曲线确定了软件中结 晶器及二冷各区的钢水的有效导热系数值，结晶 器区域 M 为 4，二冷区 M 为 3. 在数据库中写入各 分区 M 值，即实现了对导热系数的修正. 0.5 Keff/(W·m−1·K−1) 0 −0.5 −1.0 −1.5 −2.0 −2.5 −3.0 −3.5 −0.1 −0.4 −0.8 z x y 0.1 0.8 0.4 0 0 (a)Distance from meniscus/m Thickness/m Width/m 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 31 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Effective thermal conductivity/(W·m 0 −1·K−1 ) M Distance from meniscus/m 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Mould Foot roll Zone 1 Zone 2 Calculated Setting Solid phase M (b) 图 14 Q345 有效导热系数分布及 M 值沿拉坯方向变化. （a）有效导热系数分布；（b） M 值沿拉坯方向变化 Fig.14 Effective thermal conductivity and M: (a) distribution of effective thermal conductivity; (b) variation of M on the direction of casting 2.1.2 双目标温度设定技术及其应用 对于具有幅切功能的铸机，通常是确定中心 的冷却水量，边部的冷却水量为中心的冷却水量 乘以一系数，数据库中有一数据表，可根据实际情 况进行调整，本研究采用双目标温度，即设定铸坯 表面中心、铸坯表面角部的目标温度不同，计算达 到铸坯中心、边部的目标温度所需要的中部、边 部的冷却水量并进行设定. 这样设定的边部水量 更为合理、准确. 以这种控制方式控制，能够使二 冷水量分布均匀，减少铸坯表面裂纹和角横裂纹， 减轻 W 形状凝固终点. 2.1.3 压下量及压下位置确定技术 压下技术是将凝固终点附近辊列的收缩锥度 由常规的 0.2 mm·m−1 左右增加到 0.8～1.4 mm·m−1 ， 以补偿钢水凝固造成的收缩，消除由此引起的钢 水流动，使中心偏析显著减轻. 轻压下工艺压下位置和压下量是两个重要参 数，关于这两个参数普遍认为由实际经验确定. 本 张炯明等： 连铸板坯三维二冷动态配水与精准压下研究与应用 · 1673 ·