大断面立式半连铸坯凝固微观组织的数值模拟

发布时间：2020-06-13 01:42

【摘要】：特厚大断面连铸坯的生产目前仍是业界的难题。通过数值模拟的方法，分析半连铸过程的凝固组织形貌及不同工艺情况对凝固组织的影响，是开发1600mm×500mm的立式大断面半连铸机的必要手段。 本文根据立式半连铸的特点及钢液凝固的复杂过程，建立了有限元(FiniteElement)和元胞自动机法(Cellular Automaton)相结合的CA-FE模型。以断面尺寸为1600mm×500mm的H13钢为研究对象，基于有限元软件ProCAST建立了的铸坯的物理模型。通过边界条件和参数设置，模拟了立式半连铸过程的拉坯、凝固过程及凝固微观组织，得到了不同时刻的温度、凝固坯壳、凝固组织的特点，并从过热度、拉坯速度、二冷段冷却强度等方面模拟分析了不同工艺条件对凝固微观组织的影响。 研究结果表明，应用宏微观耦合的CA-FE模型可以较好的模拟大断面立式半连铸坯的温度场、凝固场和凝固微观组织；随着过热度的增加，晶粒平均尺寸增大，等轴晶比例增大，经分析，应选择较低的过热度来进行浇注；拉坯速度对凝固组织的影响也较大，较快的拉速可以使得晶粒平均尺寸减小，等轴晶比例增大；改变二冷段各区冷却水量后，模拟结果显示较弱的二冷段冷却强度的凝固组织晶粒更小，等轴晶比例更大。
【图文】：

2图 1.1 三类连铸机结构示意图连续铸造是将熔融的金属液体以一定的浇铸速度均匀连续的注—结晶器中，结晶器中通有冷却水，金属液受到冷却结晶器和作用后，迅速结晶凝固，形成一层非常坚固的凝固壳层，，待结一定水平液面高度时，铸锭机上的牵引机构就带动底部引锭板速度连续、均匀地沿着垂直方向向下移动，新的钢液也要继续凝固的坯壳被拉出，慢慢离开结晶器时，立刻受到结晶器下方水的快速直接冷却，随着热量的不断散出，凝固层不断向中心全部凝固，这样不断注入钢液，不断拉出钢锭，直到拉出的铸求时，铸造完成，剪切并卸下铸坯，铸造机底部引锭板回到初次，再第二次浇铸[7]。半连续铸造工艺过程见图 1.2。

图 1.2 半连续铸造工艺过程半连续铸造属于一种连续铸造，其与连续铸造的差别在于，前者铸坯长度 5-15m，后者铸坯原则上可以任意长。半连续铸造已普遍应用于冶金生产中，于其他铸造技术有更多的优点。半连续铸造过程是通过专用导流工具直接将液体注入通有大量冷却水的结晶器中，该方式极大地减少浇注过程中了金属飞溅，同时尽量避免了夹杂物的进入；由于连续且稳定的注入钢液，因此可较低的过热度进行浇注，有效防止了熔体过热，极大地减少了板坯内部气孔孔等诸多缺陷；半连续铸造采用了结晶器和二冷段两次快速冷却的方式，冷度极大，铸造凝固速度较快，使铸坯的组织致密，有助于提高铸坯机械性能连续铸造的生产特点使其成为了一种高机械化强度、少浪费、低投资、高收生产模式[8]。.3 铸坯凝固过程计算机模拟的发展概况金属的凝固是一个由液态金属转变为固态的非常复杂的相变过程，这一过
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG249.7

【参考文献】

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本文编号：2710435