宽厚板连铸坯热跟踪模型开发与应用

发布时间：2020-09-23 10:01

　　 作为消除连铸坯中心偏析和中心疏松的有效手段,连铸坯凝固末端轻压下技术和重压下技术在连铸生产中得到了广泛的应用和推广。凝固末端位置的确定是实施动态轻压下和重压下的前提条件,国内大多数钢厂使用在线热跟踪模型来确定凝固末端位置。因此研究在线热跟踪模型,提高模型的准确性,对优化压下工艺和改善铸坯质量问题具有重大的意义。本文以国内某钢厂的板坯生产过程为研究对象,基于自主编程开发的方式,研究了微观凝固模型,建立了基于物性参数的二维凝固传热宏微观耦合模型,并以此为基础建立了在线热跟踪模型,探讨了连铸工艺参数对模型的影响,研究了元素宏观偏析对模型的影响,将在线热跟踪模型应用于铸机的动态重压下控制系统中,并对模型进行验证。本文研究内容和取得的结果如下:(1)钢液凝固过程中相组成变化会对物性参数具有重要的影响。通过建立微观凝固模型,模拟了凝固过程中的相组成变化和溶质的偏析行为。利用微观凝固模型完成了对相分数、导热系数等物性参数的计算过程。(2)建立了板坯凝固传热宏微观耦合模型。连铸过程中铸坯表面由于受热的不均匀导致温度分布不均匀。通过对热量的研究,可得宽面中心线沿宽度方向的散热量约占其总散热量的4%。根据射钉实验结果和生产过程中的压力反馈值来看,建立的凝固传热宏微观耦合模型要比常规模型更加准确、合理。(3)建立了基于物性参数的在线热跟踪模型。将微观凝固模型计算得到的物性参数保存到数据库,再从数据库中读取当前温度下对应的物性参数来完成温度场计算。通过模型对比表明,建立的在线热跟踪模型来可近似模拟板坯宽面中心位置的凝固状态。(4)在拉速0.7-1.0m/min区间,拉速每增加0.1m/min铸坯凝固终点的位置约向后移3m。而在拉速0.83m/min,浇铸温度1540℃的条件下,二冷区中分别采用强冷、中冷和弱冷计算的凝固终点的位置分别为22.9m,23.34m,23.85m。元素的偏析会使得凝固终点向后移,并且C元素的偏析对物性参数和模型计算造成的影响要远远大于P、S元素。(5)使用固定碳成分计算的坯壳厚度与实测值的平均误差为5.65%,而使用检测碳成分计算的坯壳厚度平均误差为4.3%,因此使用检测碳成分的方式计算结果更为准确。在线热跟踪模型计算得到的表面温度值与实测温度值的偏差在±10℃内,模型表面的计算结果较为准确。动态重压下系统有效提高了铸坯的质量问题,间接说明了在线热跟踪模型具有较好的实用性。
【学位单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TF777
【部分图文】：

枝晶的横截面可以近似用正六边形表示，连铸两相区行。逡逑扩散逡逑质元素沿枝晶轴方向的扩散和枝晶间的钢液对流作用。假设在固相中部分扩散，在整个计算区域内，溶质元素的质量始转变逡逑浓度在液相洛、液相／Ｙ和Ｓ／Ｙ相界面之间处于平衡关系。Ｙ相或者是完全凝固后从５相边界处生成。在相界面处，由于元会出现元素从一个相中扩散到另一个相内的行为。逡逑分布逡逑的尺寸为微米级，相对整个铸坯的宏观尺寸而言非常小，因的温度一致。整个计算区域温度的变化由铸坯冷却过程中对

逦第２章连铸坯凝固传热宏－微观耦合计算模型逡逑图２．４为Ｓ３５５Ｊ２Ｗ钢的凝固过程。从图２．４（ａ）中可以看出，随着温度的降低，５相逡逑从钢液中析出，液相逐渐减少直至全部消失，生成的固相Ｓ相，当温度低于计算得到的逡逑７＾温度时，５相开始转化为Ｙ相直至Ｓ相全部消失。在凝固过程中，由于溶质元素在不逡逑同相内的溶解度不同，溶质逐渐聚焦到枝晶间残留钢液内，使得钢液中的溶质偏析率上逡逑升。根据表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减少，尤其是Ｓ元素液相中的溶解度要远远高于５相，从图２．４（ｂ）中可以看出Ｓ元素逡逑的偏析最为严重，其次是Ｃ和Ｐ元素，Ｓｉ和Ｍｎ元素的偏析最弱。逡逑１．０逦逦尸＾邋！邋⑷邋Ｓ逦（ｂ）逡逑０．８－逦＼逦Ｉ２０－邋＼逦—Ｃ逡逑？２０．６－——尸８逦＇／逦ｇ！５－逦＼逦二７逡逑；逦Ａ邋：逦｜邋＇逡逑ｓ邋？．．．．．．邋ｆ逦＇邋ｉ逦°１０逡逑ｆ0－２＇邋Ｌ逦＼逦／逦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逡逑图２．６为ＳＭ５０钢的凝固过程。从图２．６（ａ）中可以看出，随着温度的降低，钢液中逡逑不析出Ｓ相，而是直接析出Ｙ相，液相逐渐全部生成丫相，直至凝固结束。图２．６（ｂ）中逡逑显示的溶质元素偏析行为类于似Ｓ３５５Ｊ２Ｗ钢的凝固过程，Ｐ、Ｓ元素丫相中的溶解度最逡逑低，因此Ｐ、Ｓ元素的偏析最为明显。Ｃ和Ｓｉ元素Ｙ相中的溶解度次之，Ｃ和Ｓｉ元素的逡逑偏析较为明显。Ｍｎ元素丫相中的溶解度较高，偏析程度较弱。逡逑［逦（ａ）｜邋Ｂ３５逦７７７逡逑＇、、、、逦／邋ｇ邋：５°邋＊逦＼逡逑０．８邋－逦、＼逦＇邋Ｚ逦＼逦逦邋Ｃ．逡逑、．逦／逦＼逦逦Ｓｉ逡逑逦ｆ逦、、逦／逦0逦＼逦……Ｍｎ逡逑0邋０．６邋－逦ｎ逦＼逦／逦１２０邋■逦＼邋＼逦〔逡逑0逦Ｙ逦Ｖ逦０，逦＼邋＼逡逑２．

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

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本文编号：2825187