安航航等：凝固末端电磁搅拌和轻压下复合技术对大方坯高碳钢偏析和中心缩孔的影响 ·1001· 200 ·-抗拉强度/MPa 100 180 ·一断面收缩率/% 160 80 140 100 40 0 20 20 0 600 7008009010010012001300148 温度℃ 图4温度与抗拉强度及断面收缩率的关系曲线 Fig.4 Relationship of temperature with the reduction of tensile 图5低倍法确定凝固坯壳厚度 strength and reduction of area Fig.5 Macrostructure method for determining the shell thickness 1200 模型验证 1600r 模型计算温度℃ 宽面中心温度 180 1400 窄面中心温度 坯壳厚度/mm 160 通过比较模型预测与实际测量的距结晶器一定距 测量温度℃ 一·筷型预测 ▲一窄面中心温度 140 离处凝固坯壳厚度与铸坯的表面温度来进行凝固传热 ★一 1200 射钉试验 120 模型准确性的验证.本次射钉试验针对BU钢，断面为 310mm×360mm,拉速分别为0.43mmin和0.48m· 1000 80 60 mi,在铸坯的窄面中心进行.考虑到研究的铸机同 80D 40 时配备有凝固末端电磁搅拌和轻压下，射钉位置分别 20 在距结晶器弯月面8.5m和13.6m,射钉试验操作工 600 101520 25 0 艺参数及结果如表6所示.图5是拉速为0.43m· 距结晶器弯月面距离/m min'时在距结晶器弯月面8.5m的射钉试样的低倍 图6 模型计算的铸坯表面温度和凝固坯壳厚度与实测对比 照片.基于Kawawa等的的方法确定凝固坯壳的厚 Fig.6 Comparison between the predicted and measured surface tem 度，可以看出，在固相区，钉子保持原有的形状，与钢基 peratures and shell thicknesses 体的界限明确。.在两相区，钉子与钢基体的边界模糊， 因该区有液相的存在，而钉子的熔点低于钢的液相线： 4 结果与讨论 在液相区内，钉子完全融化.通过红外测温仪分别在 4.1模拟结果 距结晶器弯月面7.8、8.5、13.5以及14.6m铸坯窄面 4.1.1凝固终点的影响 的中心测量了铸坯表面温度 图7为不同拉速下过热度和二冷强度对凝固终点 表6射钉试验操作工艺参数及结果 的影响，为了防止大方坯高碳钢的裂纹缺陷，采用二冷 Table 6 Operation technological parameters of the nail shooting test 比水量较小的弱冷工艺.从图7可看出，当过热度从 拉速/ 过热度/ 比水量/射钉位置/坯壳厚度/ 15℃增加到35℃，过热度每增加10℃，凝固终点位置 (m*min-1) ℃ (L-kg-) m mm 延后0.2m.当比水量从0.18Lkg增加到0.3L· 0.43 25 0.18 8.5 81 kg,比水量每增加0.1Lkg,凝固终点位置减小 0.43 3 0.18 13.6 138 0.5m,而当过热度为15℃，比水量为0.18L·kg时， 拉速每增加0.01mmin,凝固终点位置增加0.15m. 图6为模型计算的铸坯表面温度和凝固坯壳厚度 二冷比水量及过热度的变化对凝固终点的影响较小， 与实测的对比，可以发现模型的预测结果与实际测量 而拉速对铸坯内凝固终点位置影响最大 的铸坯表面温度与凝固坯壳厚度有很好的一致性：表 4.1.2固相率的影响 面温度的相对误差小于1%，而凝固坯壳厚度的相对 大方坯不同连铸工况下铸坯的固相率可通过凝固 误差小于1%.因此，可以认为模型边界条件以及材料 传热模型计算出来.图8为当过热度为25℃，比水量 的高温物性参数的选择是合理的，该模型能够准确模 为0.18L·kg时，不同拉速下厚度方向的固相率分别 拟连铸凝固过程. 为0、0.04、0.75和1时的等值线.图9为当过热度为安航航等: 凝固末端电磁搅拌和轻压下复合技术对大方坯高碳钢偏析和中心缩孔的影响 图 4 温度与抗拉强度及断面收缩率的关系曲线 Fig． 4 Ｒelationship of temperature with the reduction of tensile strength and reduction of area 3 模型验证 通过比较模型预测与实际测量的距结晶器一定距 离处凝固坯壳厚度与铸坯的表面温度来进行凝固传热 模型准确性的验证． 本次射钉试验针对 BU 钢，断面为 310 mm × 360 mm，拉速分别为 0. 43 m·min － 1和 0. 48 m· min － 1，在铸坯的窄面中心进行． 考虑到研究的铸机同 时配备有凝固末端电磁搅拌和轻压下，射钉位置分别 在距结晶器弯月面 8. 5 m 和 13. 6 m，射钉试验操作工 艺参数及结果如表 6 所示． 图 5 是拉速为 0. 43 m· min － 1时在距结晶器弯月面 8. 5 m 的射钉试样的低倍 照片． 基于 Kawawa 等［15］ 的方法确定凝固坯壳的厚 度，可以看出，在固相区，钉子保持原有的形状，与钢基 体的界限明确． 在两相区，钉子与钢基体的边界模糊， 因该区有液相的存在，而钉子的熔点低于钢的液相线; 在液相区内，钉子完全融化． 通过红外测温仪分别在 距结晶器弯月面 7. 8、8. 5、13. 5 以及 14. 6 m 铸坯窄面 的中心测量了铸坯表面温度． 表 6 射钉试验操作工艺参数及结果 Table 6 Operation technological parameters of the nail shooting test 拉速/ ( m·min － 1 ) 过热度/ ℃ 比水量/ ( L·kg － 1 ) 射钉位置/ m 坯壳厚度/ mm 0. 43 25 0. 18 8. 5 81 0. 43 23 0. 18 13. 6 138 图 6 为模型计算的铸坯表面温度和凝固坯壳厚度 与实测的对比，可以发现模型的预测结果与实际测量 的铸坯表面温度与凝固坯壳厚度有很好的一致性: 表 面温度的相对误差小于 1% ，而凝固坯壳厚度的相对 误差小于 1% ． 因此，可以认为模型边界条件以及材料 的高温物性参数的选择是合理的，该模型能够准确模 拟连铸凝固过程． 图 5 低倍法确定凝固坯壳厚度 Fig． 5 Macrostructure method for determining the shell thickness 图 6 模型计算的铸坯表面温度和凝固坯壳厚度与实测对比 Fig． 6 Comparison between the predicted and measured surface tem￾peratures and shell thicknesses 4 结果与讨论 4. 1 模拟结果 4. 1. 1 凝固终点的影响 图 7 为不同拉速下过热度和二冷强度对凝固终点 的影响，为了防止大方坯高碳钢的裂纹缺陷，采用二冷 比水量较小的弱冷工艺． 从图 7 可看出，当过热度从 15 ℃增加到 35 ℃，过热度每增加 10 ℃，凝固终点位置 延后 0. 2 m． 当比水量从 0. 18 L·kg － 1 增加到 0. 3 L· kg － 1，比水量每增加 0. 1 L·kg － 1，凝固终点位置减小 0. 5 m，而当过热度为 15 ℃，比水量为 0. 18 L·kg － 1时， 拉速每增加 0. 01 m·min － 1，凝固终点位置增加 0. 15 m． 二冷比水量及过热度的变化对凝固终点的影响较小， 而拉速对铸坯内凝固终点位置影响最大． 4. 1. 2 固相率的影响 大方坯不同连铸工况下铸坯的固相率可通过凝固 传热模型计算出来． 图 8 为当过热度为 25 ℃，比水量 为 0. 18 L·kg － 1时，不同拉速下厚度方向的固相率分别 为 0、0. 04、0. 75 和 1 时的等值线． 图 9 为当过热度为 · 1001 ·