作為消除連鑄坯中心偏析和中心疏松的有效手段,連鑄坯凝固末端輕壓下技術(shù)和重壓下技術(shù)在連鑄生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。凝固末端位置的確定是實(shí)施動態(tài)輕壓下和重壓下的前提條件,國內(nèi)大多數(shù)鋼廠使用在線熱跟蹤模型來確定凝固末端位置。因此研究在線熱跟蹤模型,提高模型的準(zhǔn)確性,對優(yōu)化壓下工藝和改善鑄坯質(zhì)量問題具有重大的意義。本文以國內(nèi)某鋼廠的板坯生產(chǎn)過程為研究對象,基于自主編程開發(fā)的方式,研究了微觀凝固模型,建立了基于物性參數(shù)的二維凝固傳熱宏微觀耦合模型,并以此為基礎(chǔ)建立了在線熱跟蹤模型,探討了連鑄工藝參數(shù)對模型的影響,研究了元素宏觀偏析對模型的影響,將在線熱跟蹤模型應(yīng)用于鑄機(jī)的動態(tài)重壓下控制系統(tǒng)中,并對模型進(jìn)行驗證。本文研究內(nèi)容和取得的結(jié)果如下:(1)鋼液凝固過程中相組成變化會對物性參數(shù)具有重要的影響。通過建立微觀凝固模型,模擬了凝固過程中的相組成變化和溶質(zhì)的偏析行為。利用微觀凝固模型完成了對相分?jǐn)?shù)、導(dǎo)熱系數(shù)等物性參數(shù)的計算過程。(2)建立了板坯凝固傳熱宏微觀耦合模型。連鑄過程中鑄坯表面由于受熱的不均勻?qū)е聹囟确植疾痪鶆�。通過對熱量的研究,可得寬面中心線沿寬度方向的散熱量約占其總散熱量的4%。根據(jù)射釘實(shí)驗結(jié)果和生產(chǎn)過程中的壓力反饋值來看,建立的凝固傳熱宏微觀耦合模型要比常規(guī)模型更加準(zhǔn)確、合理。(3)建立了基于物性參數(shù)的在線熱跟蹤模型。將微觀凝固模型計算得到的物性參數(shù)保存到數(shù)據(jù)庫,再從數(shù)據(jù)庫中讀取當(dāng)前溫度下對應(yīng)的物性參數(shù)來完成溫度場計算。通過模型對比表明,建立的在線熱跟蹤模型來可近似模擬板坯寬面中心位置的凝固狀態(tài)。(4)在拉速0.7-1.0m/min區(qū)間,拉速每增加0.1m/min鑄坯凝固終點(diǎn)的位置約向后移3m。而在拉速0.83m/min,澆鑄溫度1540℃的條件下,二冷區(qū)中分別采用強(qiáng)冷、中冷和弱冷計算的凝固終點(diǎn)的位置分別為22.9m,23.34m,23.85m。元素的偏析會使得凝固終點(diǎn)向后移,并且C元素的偏析對物性參數(shù)和模型計算造成的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于P、S元素。(5)使用固定碳成分計算的坯殼厚度與實(shí)測值的平均誤差為5.65%,而使用檢測碳成分計算的坯殼厚度平均誤差為4.3%,因此使用檢測碳成分的方式計算結(jié)果更為準(zhǔn)確。在線熱跟蹤模型計算得到的表面溫度值與實(shí)測溫度值的偏差在±10℃內(nèi),模型表面的計算結(jié)果較為準(zhǔn)確。動態(tài)重壓下系統(tǒng)有效提高了鑄坯的質(zhì)量問題,間接說明了在線熱跟蹤模型具有較好的實(shí)用性。
【學(xué)位單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TF777
【部分圖文】：

枝晶的橫截面可以近似用正六邊形表示，連鑄兩相區(qū)行。逡逑擴(kuò)散逡逑質(zhì)元素沿枝晶軸方向的擴(kuò)散和枝晶間的鋼液對流作用。假設(shè)在固相中部分?jǐn)U散，在整個計算區(qū)域內(nèi)，溶質(zhì)元素的質(zhì)量始轉(zhuǎn)變逡逑濃度在液相洛、液相／Ｙ和Ｓ／Ｙ相界面之間處于平衡關(guān)系。Ｙ相或者是完全凝固后從５相邊界處生成。在相界面處，由于元會出現(xiàn)元素從一個相中擴(kuò)散到另一個相內(nèi)的行為。逡逑分布逡逑的尺寸為微米級，相對整個鑄坯的宏觀尺寸而言非常小，因的溫度一致。整個計算區(qū)域溫度的變化由鑄坯冷卻過程中對

邐第２章連鑄坯凝固傳熱宏－微觀耦合計算模型逡逑圖２．４為Ｓ３５５Ｊ２Ｗ鋼的凝固過程。從圖２．４（ａ）中可以看出，隨著溫度的降低，５相逡逑從鋼液中析出，液相逐漸減少直至全部消失，生成的固相Ｓ相，當(dāng)溫度低于計算得到的逡逑７＾溫度時，５相開始轉(zhuǎn)化為Ｙ相直至Ｓ相全部消失。在凝固過程中，由于溶質(zhì)元素在不逡逑同相內(nèi)的溶解度不同，溶質(zhì)逐漸聚焦到枝晶間殘留鋼液內(nèi)，使得鋼液中的溶質(zhì)偏析率上逡逑升。根據(jù)表２．１中元素的值，可以得出Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ元素在Ｓ相中的溶解度依逡逑次減少，尤其是Ｓ元素液相中的溶解度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于５相，從圖２．４（ｂ）中可以看出Ｓ元素逡逑的偏析最為嚴(yán)重，其次是Ｃ和Ｐ元素，Ｓｉ和Ｍｎ元素的偏析最弱。逡逑１．０邐邐尸＾邋！邋⑷邋Ｓ邐（ｂ）逡逑０．８－邐＼邐Ｉ２０－邋＼邐—Ｃ逡逑？２０．６－——尸８邐＇／邐ｇ！５－邐＼邐二７逡逑；邐Ａ邋：邐｜邋＇逡逑ｓ邋？．．．．．．邋ｆ邐＇邋ｉ邐°１０逡逑ｆ0－２＇邋Ｌ邐＼邐／邐ｉ５．逡逑．

Ｆｉｇ．邋２．５邋Ｔｈｅ邋ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋Ｑ３４５ｂ邋ｓｔｅｅｌ逡逑（ａ）邋ｔｈｅ邋ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｐｈａｓｅ邋ｆｒａｃｔｉｏｎ邋（ｂ）邋ｔｈｅ邋ｓｏｌｕｔｅ邋ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ逡逑圖２．６為ＳＭ５０鋼的凝固過程。從圖２．６（ａ）中可以看出，隨著溫度的降低，鋼液中逡逑不析出Ｓ相，而是直接析出Ｙ相，液相逐漸全部生成丫相，直至凝固結(jié)束。圖２．６（ｂ）中逡逑顯示的溶質(zhì)元素偏析行為類于似Ｓ３５５Ｊ２Ｗ鋼的凝固過程，Ｐ、Ｓ元素丫相中的溶解度最逡逑低，因此Ｐ、Ｓ元素的偏析最為明顯。Ｃ和Ｓｉ元素Ｙ相中的溶解度次之，Ｃ和Ｓｉ元素的逡逑偏析較為明顯。Ｍｎ元素丫相中的溶解度較高，偏析程度較弱。逡逑［邐（ａ）｜邋Ｂ３５邐７７７逡逑＇、、、、邐／邋ｇ邋：５°邋＊邐＼逡逑０．８邋－邐、＼邐＇邋Ｚ邐＼邐邐邋Ｃ．逡逑、．邐／邐＼邐邐Ｓｉ逡逑邐ｆ邐、、邐／邐0邐＼邐……Ｍｎ逡逑0邋０．６邋－邐ｎ邐＼邐／邐１２０邋■邐＼邋＼邐〔逡逑0邐Ｙ邐Ｖ邐０，邐＼邋＼逡逑２．

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2825187