本文關鍵詞：連鑄過程多相流、傳熱凝固及夾雜物運動捕獲的研究

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【摘要】：連鑄是一個包含流動、傳熱、凝固等復雜傳輸現(xiàn)象的綜合過程。本研究根據連鑄機特點,采用分段模擬的方法,分別對板坯和圓坯連鑄全過程進行數值模擬和相關工業(yè)試驗研究。第一部分研究內容是建立板坯連鑄過程流場、傳熱凝固和磁場耦合計算數學模型,研究電磁制動FC-Mold在不同磁場強度、拉速和澆鑄斷面下的冶金效果。計算結果表明,施加電磁制動后,彎月面上漩渦的形成受到抑制,鋼液面平均溫度升高2K左右,鑄坯表面溫度在寬度方向上分布對稱,但會引起彎月面下450 mm處鑄坯角部溫度回升增大；斷面為1300 mm時,電磁制動對凝固末端及冶金長度影響不明顯,但是當拉速從1.8 m/min增大到2.0m/min時,冶金長度提高約2.5 m。利用平滑處理(Smoothing)和方差方法分別對現(xiàn)場液位波動和熱電偶測溫數據進行處理,得到當上磁場強度為下磁場強度的一半時,電磁制動能夠使液面低頻波動能量和溫度波動方差降低,有利于連鑄過程的順行；結合模擬結果對施加電磁制動后表層2 mm內10μm夾雜物減少的原因進行了解釋：彎月面溫度越高,凝固鉤向鑄坯內部生長越不發(fā)達,對上浮至鋼液面的夾雜物捕獲量少,因此鑄坯表層潔凈度得到改善；電磁制動在改善鑄坯中總氧對稱性方面效果顯著,且施加電磁制動后,鑄坯總氧平均值從12.2 ppm降低到10.6 ppm。第二部分研究對象是圓坯離心連鑄,首先,研究連鑄工藝參數(水口位置、拉速和轉速)對鋼液流場、液面波動、夾雜物運動等的影響。其計算結果表明：拉速和轉速對流場影響最大,其中當拉速從1.24 m/min增大到2.54m/min后,流股沖擊深度從126 mm增大到220 mm,鋼液面氣泡卷入量從0.0003 m3增大到0.0012 m3;降低轉速可減少氣泡卷入量,當轉速為60 rpm時,流股沖擊深度最小,為120 mm；水口偏轉角度越大,夾雜物分布越分散,而拉速的規(guī)律與之相反。然后,研究旋轉形式下鑄坯傳熱和凝固的特點,正是因為連鑄過程坯殼是旋轉的,才使得鑄坯表面溫度在同一高度上分布均勻,在本計算條件下,圓坯冶金長度約為8.5 m；根據夾雜物尺寸并考慮凝固前沿流股的沖刷作用,確定不同粒徑的夾雜物被凝固坯殼捕獲的臨界條件,預測夾雜物在圓坯斷面上的分布情況,結果表明夾雜物粒徑越大越容易在鑄坯中心處發(fā)生聚集。最后,對離心連鑄生產的圓坯進行全斷面夾雜物掃描,得到硫化類、氧化類和氧化-硫化類夾雜物的分布特點；結合前面的凝固模擬結果解釋了氧化類夾雜物在鑄坯斷面上分布較均勻的原因,并通過酸侵蝕實驗得到二次枝晶間距在整個鑄坯斷面上的分布情況,計算出相應位置在凝固過程的冷卻速率,解釋硫化類夾雜物在鑄坯表層呈帶狀分布的原因。
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TF777

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本文編號：1304201