结晶器振动对连铸坯初始凝固的影响(1)温度波动对包晶钢连铸过程初始凝固的影响

来源：金小礼，雷作胜，马宁博，邓康，任忠呜 |浏览：次|评论：0条 [收藏] [评论]

(上海大学，上海市现代冶金与材料制备重点实验室，上海200072)

摘要本文基于结晶器振动条件下初始凝固区域传热数值模拟，建立了包晶钢连铸初始凝固包晶相变过程的数学模型，研究了结晶器振动条件下产生的温度波动对此凝固过程的影响。计算了不同冷却速率、含碳量和温度波动幅度下δ、γ和L三相界面位置以及体积分数的变化。结果表明，温度波动导致包晶相变过程中γ相枝晶间的重熔、δ／γ界面位置和三相体积分数发生变化，造成坯壳的不均匀生长和应力集中，进而导致一些铸坯缺陷的产生。这些现象在碳含量为0.1％^～0.17％的亚包晶钢中尤其严重。分析认为，温度波动可能是包晶钢连铸时容易出现裂纹、难连铸的一个重要原因。

关键词连铸包晶相变温度波动初始凝固

1、引言

钢连铸过程中，初始凝固区域对铸坯质量至关重要^[1]，因为这里既是凝固坯壳的生长点，又是铸坯各种表面缺陷的孕育地，对于裂纹敏感的包晶钢连铸来说更是如此。相比较其他钢种而言，包晶钢更容易出现表面裂纹、偏析和气隙等缺陷，尤其是含碳量为0.1％^～0.17％亚包晶钢^[²^～4]。目前，关于包晶钢缺陷产生的机理一般归结为，包晶相变引起的体积收缩，造成坯壳应力集中和生长不均所致^[⁴^～^7]。

在实际的连铸生产中，包晶钢的初始凝固进程受多种因素的影响。比如，由于结晶器振动、结晶器内液面波动以及其他连铸条件的影响，初始凝固区域的温度呈现出一定规律的变化^[8^，^9]，这势必会影响包晶钢初始凝固过程平稳有序地进行，增加了各种缺陷产生的可能性。但由于包晶钢相变过程的复杂性，在温度波动对包晶钢连铸初始凝固过程的影响方面，还缺乏定量的研究。

本文建立了结晶器振动条件下的二维非稳态传热模型，计算了钢连铸过程初始凝固区域温度波动情况。进而在分析包晶钢连铸初始凝固枝晶生长过程的基础上，建立了一个一维的包晶相变模型，着重考察了在一个周期性的温度波动条件下，不同成分的包晶钢在不同的冷却速率下包晶相变过程中相变速率、δ／γ以及γ／L界面推移以及各相体积分数的变化情况。根据计算结果，提出了一种包晶钢连铸容易产生裂纹的可能机理。

2、结晶器振动条件下连铸坯初始凝固区域传热数学模型

2．1控制方程

对于钢水区域，保护渣区域和结晶器区域，结晶器振动条件下的控制方程分别为：

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