水口注流对含Nb钢结晶器内坯壳凝固的影响机制研究

发布时间：2021-05-26 20:14

　　以连铸结晶器内铸坯为研究对象,使用数值模拟的方法计算和分析了溶质元素在钢两相区内的偏析行为,并计算其凝固过程中两相区内的高温物性参数,再通过有限元软件ANSYS计算了结晶器中铸坯坯壳的温度场,并模拟了铸坯在自身和外部条件变化时温度场的变化情况。基于Ueshima的正六边形枝晶凝固模型,通过有限差分法建立了耦合δ/γ相变的溶质围观偏析模型,分析结果可知,在目标钢种成分浮动范围内,C含量对对P、S、Nb和Ti元素较为明显。当液相中C的浓度足以发生δ/γ相变后,γ相占比提高,导致不易溶于γ相的元素P、S、Nb和Ti元素的偏析程度升高。以微观偏析模型为基础计算钢在凝固过程中的热物性参数,其中C含量对钢的高温物性参数有较大的影响,随着C含量的升高会扩大两相区,影响固相率的变化,也会使密度降低、热焓升高。微合金钢中Nb元素在微合金钢范围内在热力学角度不会对钢的凝固造成较大影响。因不同溶质成分下钢的高温物性参数有较大差异,故不宜将不同钢种的物性参数直接套用。通过有限元软件ANSYS分析了不同物性参数下铸坯凝固过程中的温度变化,可以得出在铸坯内部温度的传递主要取决于材料的热焓和等效导热系数,并通过施加... 

【文章来源】：华北理工大学河北省

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 连铸结晶器功能概述
    1.3 连铸结晶器内传输的研究现状
        1.3.1 结晶器内传热行为研究
        1.3.2 结晶器内热点行为研究
    1.4 连铸结晶器内凝固行为的研究现状
        1.4.1 结晶器内微观偏析行为研究
        1.4.2 钢的高温热力学性能分析
    1.5 本文的提出
    1.6 研究内容
    1.7 研究路线与实验方法
    1.8 研究思路
第2章 凝固过程中两相区溶质微观偏析模型
    2.1 凝固过程中微观偏析的影响因素
    2.2 凝固过程中两相区溶质微观偏析模型的建立
        2.2.1 模型基本假设
        2.2.2 控制方程及边界条件
        2.2.3 控制方程离散化
        2.2.4 模型所需参数计算
    2.3 凝固过程中两相区溶质微观偏析模型的计算
        2.3.1 模型计算流程
        2.3.2 溶质微观偏析模型计算功能实现
    2.4 凝固过程中两相区溶质微观偏析模型的验证
    2.5 含Nb钢两相区微观偏析行为的分析
    2.6 微观偏析对高温力学性能的影响
    2.7 本章小结
第3章 含Nb钢两相区物性参数的计算与分析
    3.1 钢的固、液相线
    3.2 固相分数
    3.3 等效导热系数
    3.4 密度
    3.5 热焓
    3.6 本章小结
第4章 注流对板坯结晶器窄边温度场的影响分析
    4.1 结晶器内二维传热模型的建立
        4.1.1 模型的基本假设
        4.1.2 传热方程
        4.1.3 有限元模型的建立
        4.1.4 初始条件与边界条件
        4.1.5 工艺参数选取
        4.1.6 材料的物性参数选取
    4.2 结晶器内二维传热模型的计算流程
    4.3 结晶器内二维传热模型的分析
        4.3.1 钢种成分对坯壳生长的影响
        4.3.2 钢种成分对两相区的影响
    4.4 结晶器内热流对坯壳冲击模型
        4.4.1 有限元模型
        4.4.2 初始条件和边界条件
        4.4.3 坯壳二维温度场
        4.4.4 拉速对坯壳的影响
        4.4.5 浇铸温度对坯壳的影响
    4.5 本章小结
结论
参考文献
致谢
在学期间研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]铌钛微合金钢铸坯晶界铁素体形貌与晶界裂纹[J]. 杨忠民,王凯,孙秀,笪光杰.  钢铁. 2018(11)
[2]钛铌微合金钢连铸坯角部横裂纹敏感性[J]. 杨柳,李阳,薛正良,程常桂.  钢铁研究学报. 2018(10)
[3]含钛微合金钢低温冲击韧性波动的原因与改进[J]. 吴俊平,靳星,龙木军,陈登福,刘涛,段华美.  中国冶金. 2017(12)
[4]热处理及NbV-N微合金化对船板钢组织性能的影响[J]. 阳开生.  中国冶金. 2017(10)
[5]连铸结晶器内凝固坯壳粘结行为研究现状[J]. 何飞,张玲颖,谢西安,钱海涛,周俐.  钢铁研究学报. 2017(08)
[6]宽厚板坯连铸结晶器流场、温度场及应力场的耦合数值模拟[J]. 黄诚,李晓谦,陈平虎,徐婷.  工程科学学报. 2016(08)
[7]基于凝固相转变影响的结晶器内热力耦合分析[J]. 甄成国,麻永林,邢淑清,许建飞,陈重毅,李振团.  钢铁. 2016(02)
[8]板坯结晶器钢液流动传热和摩擦行为的数值模拟[J]. 俞晟,陈登福,龙海军,龙木军,吕奎,谢鑫.  钢铁研究学报. 2016(01)
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[10]板坯连铸粘结过程中粘结点和热点行为研究[J]. 曾智,赵洪强,王叶婷,国兴龙,孙立根,张家泉.  连铸. 2011(S1)

博士论文
[1]连铸还偏析及其铸轧遗传性研究[D]. 纪元.北京科技大学 2018
[2]方坯连铸疏松及宏观偏析的模拟研究[D]. 董其鹏.北京科技大学 2018
[3]高碳钢大方坯凝固机理与宏观偏析关键控制技术研究[D]. 安航航.北京科技大学 2018
[4]宽板坯连铸结晶器内钢液流动与铸坯表面质量的关系研究[D]. 任磊.北京科技大学 2017

硕士论文
[1]板坯连铸结晶器漏钢成因机理及预报关键技术研究[D]. 任秀峰.天津理工大学 2013
[2]连铸漏钢预报模型的研究[D]. 朱薛辉.重庆大学 2009



本文编号：3206997