姜东滨等：连铸坯脱氢退火数值模拟 865 2.0 2.0 (a) Center (b) -Edge -Corner 1.5 1.5 1.0 Soaking 1.0 Heating Cooling stage stage stage 0.5 0.5 End of heating stage End of soaking stage End of cooling stage o Measured values 20 40 60 80 20 -0.15 -0.10 -0.05 0 Time/h Bloom width/m 图3连铸坯氢质量分数的变化.()角部、边部、中心的氢质量分数：(b)连铸坯宽度方向氢分布 Fig.3 Variation of hydrogen mass fraction:(a)hydrogen mass fraction in the corner,edge and center of bloom;(b)hydrogen distribution in the lateral direction 匀分布 2.2脱氢退火温度的影响 图4为连铸坯脱氢退火处理后横截面的氢质 随着温度的增加，氢原子在固体钢中的扩散 量分数分布，可以看出连铸坯边部、角部的氢质量 速率加快.本文研究了退火温度分别为673、773、 分数较低，连铸坯中心的氢质量分数仍然较高.经 873、953K条件下的连铸坯脱氢行为.为了避免 过24h脱氢退火处理后，连铸坯边部氢质量分数 退火时间影响，将缓冷坑加热段的时间设为22h, 降低至0.27×106，中心氢质量分数降至1.0×106， 均热段时间为24h,降温时间为33h,连铸坯中心 脱氢效果较为显著 的温度变化如图5(a)所示.图5(b)为不同退火温 度条件下连铸坯中心的脱氢速率，可以看出随着 0.1020.30.40.50.60.70.80.90.951.0 退火温度的提高，连铸坯中心脱氢起始点提前.当 Hydrogen mass fraction/10 温度从673K增加至953K时，连铸坯中心脱氢起 0.14 始点从16.5h提前至12.8h.此外，在均热段结束 0.07 时，连铸坯中心的脱氢最高.当温度从673K增加 至953K时，脱氢速率从0.0094×106h增咖至0.0218× 0 106h,这主要是由于退火温度提高，氢原子的扩 -0.07 散速率呈指数增加，有利于连铸坯的脱氢处理. 图6(a)为不同退火温度条件下连铸坯中心氢 -0.14 .190 -0.095 0 0.095 0.190 质量分数的变化，在加热阶段时连铸坯中心氢质 Bloom width/m 量分数几乎不变，在均热段开始时连铸坯中心氢 图4连铸坯横截面氢质量分数分布 质量分数开始快速降低.退火温度从673K增加 Fig.4 Hydrogen distribution in cross section of bloom 至953K时，脱氢处理后连铸坯中心氢质量分数 1000 0.024 (a) 953K (b) 673K -873K 773K 773K 873K 673K 0.018 953K 750 0.012 500 0.006 Heating Soaking Cooling Heating Soaking Cooling stage stage stage stage stage stage 250 0 20 40 60 80 20 40 60 80 Time/h Time/h 图5 不同温度对连铸坯脱氢的影响.(a)中心温度变化：(b)中心脱氢速率变化 Fig.5 Effect of annealing temperature on dehydrogenation:(a)center temperature variation;(b)center dehydrogenation rate variation匀分布. 图 4 为连铸坯脱氢退火处理后横截面的氢质 量分数分布，可以看出连铸坯边部、角部的氢质量 分数较低，连铸坯中心的氢质量分数仍然较高. 经 过 24 h 脱氢退火处理后，连铸坯边部氢质量分数 降低至 0.27×10−6，中心氢质量分数降至 1.0×10−6 ， 脱氢效果较为显著. 2.2    脱氢退火温度的影响 随着温度的增加，氢原子在固体钢中的扩散 速率加快. 本文研究了退火温度分别为 673、773、 873、953 K 条件下的连铸坯脱氢行为. 为了避免 退火时间影响，将缓冷坑加热段的时间设为 22 h， 均热段时间为 24 h，降温时间为 33 h，连铸坯中心 的温度变化如图 5（a）所示. 图 5（b）为不同退火温 度条件下连铸坯中心的脱氢速率，可以看出随着 退火温度的提高，连铸坯中心脱氢起始点提前. 当 温度从 673 K 增加至 953 K 时，连铸坯中心脱氢起 始点从 16.5 h 提前至 12.8 h. 此外，在均热段结束 时，连铸坯中心的脱氢最高. 当温度从 673 K 增加 至953 K 时，脱氢速率从0.0094×10−6 h −1 增加至0.0218× 10−6 h −1，这主要是由于退火温度提高，氢原子的扩 散速率呈指数增加，有利于连铸坯的脱氢处理. 图 6（a）为不同退火温度条件下连铸坯中心氢 质量分数的变化，在加热阶段时连铸坯中心氢质 量分数几乎不变，在均热段开始时连铸坯中心氢 质量分数开始快速降低. 退火温度从 673 K 增加 至 953 K 时，脱氢处理后连铸坯中心氢质量分数 0 20 40 60 80 0 0.5 1.0 1.5 2.0 Cooling stage Soaking stage Hydrogen mass fraction/10 −6 Time/h Center Edge Corner Heating stage −0.20 −0.15 −0.10 −0.05 0 0 0.5 1.0 1.5 2.0 (a) (b) Hydrogen mass fraction/10 −6 Bloom width/m End of heating stage End of soaking stage End of cooling stage Measured values 图 3    连铸坯氢质量分数的变化. （a）角部、边部、中心的氢质量分数；（b）连铸坯宽度方向氢分布 Fig.3    Variation of hydrogen mass fraction: (a) hydrogen mass fraction in the corner, edge and center of bloom; (b) hydrogen distribution in the lateral direction 0 0.07 0.14 −0.07 −0.14 Hydrogen mass fraction/10−6 Bloom width/m Bloom thickness/m −0.190 −0.095 0 0.095 0.190 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.95 1.0 图 4    连铸坯横截面氢质量分数分布 Fig.4    Hydrogen distribution in cross section of bloom (a) (b) 0 20 40 60 80 0 0.006 0.012 0.018 0.024 Dehydrogenation rate/(10 −6 h −1 ) Time/h 673 K 773 K 873 K 953 K Heating stage Soaking stage Cooling stage 0 20 40 60 80 250 500 750 1000 Temperature/K Time/h 673 K 773 K 873 K 953 K Heating stage Soaking stage Cooling stage 图 5    不同温度对连铸坯脱氢的影响. （a）中心温度变化；（b）中心脱氢速率变化 Fig.5    Effect of annealing temperature on dehydrogenation: (a) center temperature variation; (b) center dehydrogenation rate variation 姜东滨等： 连铸坯脱氢退火数值模拟 · 865 ·