·420 北京科技大学 学 报 2000年第5期 1500 0.30H 1400 0.20 1300 1200 0.10 1100 1000 900 安 0.00 100 20 200 离弯月面距离mm 400 0s003030100 300 离铸坯角部距离mm 离弯月面距离/mm 500 600 700 700 离铸坯角部距离fmm 40 60 图4还壳一结晶器界面气隙分布 图6铸坯表面温度 Fig.4 Air gap distribution between billet and mold Fig.6 Billet surface temperature 扩大并逐步向中部扩展.气隙区主要局限在离 图7是结晶器出口处坯壳内部Major主应 铸坯角部大约20mm的范围内. 变等值线分布图.Major主应变是指主应变3个 3.3坯壳铜壁界面热流 分量中绝对值最大的那一个，正值代表拉伸区 图5是坯壳和铜壁界面热流分布情况，在 域，负值代表压缩区域.由图7可看出，坯壳外 弯月面处液态钢水与铜壁接触，传热非常好，固 表面处于压缩状态，其中，中部由于和铜板接触 态坯壳的出现使热流急剧下降，在此以后，界面 产生压缩，角部由于回热有升温趋势，热膨胀产 热流随着铸坯表面温度的降低也逐渐降低，但 生压缩.由坯壳表面向内，力学状态是由压缩区 降低的趋势很缓慢，模拟所得到的热流变化趋 逐步向拉伸区过渡，凝固前沿为完全拉伸状态， 势与F.Wimmer的结果基本吻合.值得注意的 据日本学者铃木干雄以及Yamanaka等人 是，角部由于出现气隙，其热阻很大，是传热的 的最新实验研究”，连铸条件下钢在凝固前沿 限制性环节，因而界面热流急剧下降， 由“热撕裂”产生内裂纹的临界条件是拉伸应变 达到1%~1.6%（早期裂纹模拟研究曾经认为临 6.0 界应变约为02%，后来实践证明该值不准确). 3.0 1.65% 2.0 1.51% 1.0 1.30% 1.15% 0.0 60 1.10% 200 1.10% -1.20% 400 32% -0.01% -1.30% .59a 离弯月面距离/mm 600 离铸坯角部距离mm 2.04% 0.5% 1.19% -0.99% 2.58% -1.82% 图5坯壳一结晶器界面热流分布 Fig.5 Heat flux distribution between billet and mold 图7结晶器出口处坯壳内部Major主应变等值线分布图 3.4铸坯表面温度 Fig.7 Calculated Major principal strain contours in solid 图6是铸坯表面温度变化状况.可见，铸坯 shell at mold exit 表面温度总体呈下降趋势，但角部由于出现气 图8是结晶器出口处坯壳内部应变强度（即等 隙使散热热流降低，因而出现明显的回热升温 效累积总应变，是一个非负值)等值线分布图， 现象，在结晶器出口处角部表面温度比中部明 可看出，在靠近角部区域的凝固前沿附近存在 显高出近300℃.从图2(a)的结晶器出口处铸坯 应力集中，拉伸应变最高达到2.78%，超过了临 断面温度分布图中也可看出这一点. 界应变，为裂纹敏感区.实际铸坯正是在这一位 3.5还壳应力分布 置常常诱发产生内裂纹，裂纹向表面扩展可能. 4 2 0 . 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 0 年 第 5 期 尸、剑弱里娜写水 1 5 0 0 1 4 00 1 3 00 1 2 0 0 1 10 0 1 0 0 0 9 0 0 端量了遏ǎ匡殊澎摹、岁坎à日一 图 4 坯壳 一 结晶器界面气隙分布 F ig . 4 lA r g a P d is t r i b u iot n b e wt e n b川e t a n d m o ld 扩大 并逐 步 向中部扩展 . 气 隙区 主 要局 限在离 铸坯 角部大约 2 0 1刀」11 的范 围 内 . 3 .3 坯壳铜壁界面热流 图 5 是坯壳和 铜 壁界面热 流分布情 况 . 在 弯 月面处液态钢 水与铜壁接触 , 传热 非 常好 , 固 态坯壳 的出现使热流急剧 下 降 . 在此 以后 , 界 面 热流 随着铸坯表 面温度 的降低也 逐 渐 降低 , 但 降低 的趋势很 缓慢 . 模 拟所得 到 的热 流 变化趋 势 与 F . Wlm m er 的结果 基本 吻合 `2 , . 值 得注 意 的 是 , 角 部 由 于 出现气 隙 , 其热 阻 很大 , 是 传热 的 限 制性环节 , 因 而 界 面 热 流急剧 下 降 . 图 6 铸坯表面温度 F 咭 · 6 B il et s u r fa e e t e二eP r a tU er 口m月.00 图 7 是 结 晶 器 出 口 处坯壳 内部 M aj or 主 应 变等值 线分布 图 . M aj or 主应变是 指 主 应变 3 个 分量 中绝对值最 大的那 一个 , 正 值代 表拉伸 区 域 , 负值代 表压缩 区域 . 由图 7 可看 出 , 坯 壳外 表面 处于压缩状态 , 其 中 , 中部 由于和 铜板接 触 产生压缩 , 角部 由于回热有升温趋势 , 热膨胀 产 生 压 缩 . 由坯壳表面 向内 , 力学状态 是 由压缩 区 逐步 向拉伸区 过渡 , 凝 固前沿为完全拉伸 状态 . 据 日本学者 铃木干 雄 以及 y 认m an ak a 等人 的最 新实验研 究 〔圳 , 连铸 条件下 钢 在 凝固前沿 由 “ 热撕裂 ” 产生 内裂纹的 临界条件是拉伸应 变 达 到 1 % 一 1 . 6 % ( 早 期裂 纹模拟研究 曾经认为临 界 应变约为 .0 2 % , 后 来实践证 明该 值不准确 ) . .45.32.1 日 · 渗遏溟茶巨ǎ殊毕摹、蜀水ùà 图 5 坯壳一 结晶器界面热流分布 F ig . 5 H ea t fut x d is t ibr u it o n b e wt e e n b il et a n d m o ld 3 .4 铸坯表面 温度 图 6 是铸 坯表 面温 度变化状 况 . 可 见 , 铸坯 表面温度 总 体呈 下 降趋 势 , 但 角部 由 于 出 现气 隙 使 散热 热 流降 低 , 因 而 出现 明 显 的 回 热 升 温 现象 , 在结 晶器 出 口 处 角部 表 面温度 比 中部 明 显 高 出近 3 0 ℃ . 从 图 2( a) 的结 晶器 出 口 处 铸坯 断面温 度分布 图中也 可看 出 这一 点 . .3 5 坯壳应力分布 图 7 结 晶器 出口 处坯壳 内部 M aj or 主应变等值线分布图 F 啥 . 7 C a l c u la t ed M aj o r Pir n e i P a l s tr a i n e o n ot u sr in so Ud S h e l a t m o ld e 妊t 图 8 是 结晶 器 出 口 处坯 壳 内部应变强度 ( 即等 效累 积 总应变 , 是 一 个非 负值 ) 等值线分布 图 . 可 看 出 , 在靠近 角部 区 域的 凝固 前沿 附近存在 应 力集 中 , 拉伸 应变最高达到 .2 78 % , 超过 了临 界应变 , 为裂纹敏感 区 . 实际铸坯 正 是在这一 位 置 常 常诱发产 生 内裂纹 , 裂纹 向表面扩展可 能