第12期 孟祥宁等：冷却结构对连铸结晶器铜板热变形的影响 ·1419· 考察热面中心线铜板变形量，定量分析冷却结构参 由30增至35mm和由45增至50mm的变形增量分 数对铜板变形的影响， 别约为0.03和0.05mm.此外，弯月面和冷却水槽 2.2铜板厚度的影响 末端附近较高的变形曲线曲率说明一次冷却和热通 图4为铜板厚度对热面中心线变形的影响.随 量对铜板变形影响较大，其中窄面水槽末端变形幅 铜板加厚，热面中心线变形增大，铜板越厚增幅越 度高于宽面，应是宽面收缩造成窄面结晶器出口附 大：宽面最大增量发生在弯月面下100mm最大变形 近气隙较大，受冷却作用更为明显所致，而铜和镍热 区，铜板由30增至35mm和由45增至50mm的变 物性参数的差异对变形影响较小，仅在铜镍分界处 形增量分别约为0.03和0.06mm;窄面最大增量不 出现小的变形突起，且铜板较薄时突起并不明显，变 只产生于弯月面，还出现在铜镍分界附近，是因为铜 形曲线较为光滑，铜板厚度达45mm以上，变形突起 镍分界区域形成相对较高的封闭等变形曲线，铜板 才较为明显. 900 900 (a) (b) 800 800 …30mm 700 整600 ---35mtm 空600 500 …40mm 500 一45mm 400L --30mm ---·50mm ---35mm 300 …40mm 200 200 —45mm ----50mm 100 100 00.050.100.150.200.250.300.350.40 00.050.100.150.200.250.300.350.40 铜板法向位移mm 铜板法向位移/mm 图4结品器铜板厚度对热面中心线法向位移的影响.()宽面：()窄面 Fig.4 Normal displacements at the hot surface centricity with different copper plate thicknesses:(a)wide face:(b)narrow face 2.3镍层厚度的影响 处以上区域随镍层增厚，变形减小相对明显，镍层厚 图5为镍层厚度对热面中心线变形的影响.因 度变化1mm导致的最大变形量可达0.01mm,铜镍 镍层较薄，厚度变化对铜板变形影响不大，又由于窄 分界处以下变形逐渐下降，并在距结晶器出口 面变形受到限制，镍层厚度对窄面变形影响要大于 350mm至水槽末端区域，变形随镍层厚度增大而提 宽面.随镍层加厚，宽面铜镍分界处至结晶器出口 高.因此过厚镍层会导致中心线变形曲线曲率加 水槽末端变形虽略有下降，却不明显：窄面铜镍分界 大，容易引起金属疲劳，不利于设备使用 900 900 a (b) 800 800 且700 …无镍层 700 ……无镍层 --1mm --1mm 600 …2mm 醒600 …2mm 500 -3 mm 500 3 mm 400 ---·4mm ---…4mm 300 300 200 200 100 100 0.05 0.100.150.200.250.300.35 0050.100.150200.250.300.350.400.45 铜板法向位移/mm 铜板法向位移mm 图5结品器镍层厚度对热面中心线法向位移的影响.(a)宽面：(b)窄面 Fig.5 Normal displacements at the hot surface centricity with different Ni layer thicknesses:(a)wide face:(b)narrow face 2.4冷却水槽深度的影响 辅助性分析结果.又因冷却水槽宽度改变会显著影 若结品器冷却水槽尺寸变化，势必使得冷却水 响铜板自身抗变形能力，因此只考察冷却水槽深度 流量和冷却系统进出水温差改变，定量计算水槽尺 对热面中心线变形影响，如图6.随冷却水槽深度增 寸影响难以实现.本研究基于目前恒定水流量和水 大，热面中心线变形减小：宽面最大变形量在弯月面 温差，考察冷却水槽尺寸对铜板应力分布影响，提出 下100mm处，冷却水槽每改变2mm,最大变形改变第 12 期 孟祥宁等: 冷却结构对连铸结晶器铜板热变形的影响 考察热面中心线铜板变形量，定量分析冷却结构参 数对铜板变形的影响． 2. 2 铜板厚度的影响 图 4 为铜板厚度对热面中心线变形的影响． 随 铜板加厚，热面中心线变形增大，铜板越厚增幅越 大; 宽面最大增量发生在弯月面下 100 mm 最大变形 区，铜板由 30 增至 35 mm 和由 45 增至 50 mm 的变 形增量分别约为 0. 03 和 0. 06 mm; 窄面最大增量不 只产生于弯月面，还出现在铜镍分界附近，是因为铜 镍分界区域形成相对较高的封闭等变形曲线，铜板 由 30 增至 35 mm 和由 45 增至 50 mm 的变形增量分 别约为 0. 03 和 0. 05 mm． 此外，弯月面和冷却水槽 末端附近较高的变形曲线曲率说明一次冷却和热通 量对铜板变形影响较大，其中窄面水槽末端变形幅 度高于宽面，应是宽面收缩造成窄面结晶器出口附 近气隙较大，受冷却作用更为明显所致，而铜和镍热 物性参数的差异对变形影响较小，仅在铜镍分界处 出现小的变形突起，且铜板较薄时突起并不明显，变 形曲线较为光滑，铜板厚度达 45 mm 以上，变形突起 才较为明显． 图 4 结晶器铜板厚度对热面中心线法向位移的影响． ( a) 宽面; ( b) 窄面 Fig． 4 Normal displacements at the hot surface centricity with different copper plate thicknesses: ( a) wide face; ( b) narrow face 2. 3 镍层厚度的影响 图 5 为镍层厚度对热面中心线变形的影响． 因 镍层较薄，厚度变化对铜板变形影响不大，又由于窄 面变形受到限制，镍层厚度对窄面变形影响要大于 宽面． 随镍层加厚，宽面铜镍分界处至结晶器出口 水槽末端变形虽略有下降，却不明显; 窄面铜镍分界 处以上区域随镍层增厚，变形减小相对明显，镍层厚 度变化 1 mm 导致的最大变形量可达 0. 01 mm，铜镍 分界处以下变形逐渐下降，并在距结晶器出口 350 mm至水槽末端区域，变形随镍层厚度增大而提 高． 因此过厚镍层会导致中心线变形曲线曲率加 大，容易引起金属疲劳，不利于设备使用． 图 5 结晶器镍层厚度对热面中心线法向位移的影响． ( a) 宽面; ( b) 窄面 Fig． 5 Normal displacements at the hot surface centricity with different Ni layer thicknesses: ( a) wide face; ( b) narrow face 2. 4 冷却水槽深度的影响 若结晶器冷却水槽尺寸变化，势必使得冷却水 流量和冷却系统进出水温差改变，定量计算水槽尺 寸影响难以实现． 本研究基于目前恒定水流量和水 温差，考察冷却水槽尺寸对铜板应力分布影响，提出 辅助性分析结果． 又因冷却水槽宽度改变会显著影 响铜板自身抗变形能力，因此只考察冷却水槽深度 对热面中心线变形影响，如图 6． 随冷却水槽深度增 大，热面中心线变形减小; 宽面最大变形量在弯月面 下 100 mm 处，冷却水槽每改变 2 mm，最大变形改变 ·1419·