连铸大圆坯宏观碳偏析的控制研究
发布时间：2023-04-11 02:48
随着大断面连铸圆坯在大型锻件上的应用越来越广泛,对宏观偏析提出了更高要求;且关注点不仅是中心偏析,还要尽量减小溶质元素在整个截面上的波动,以提高加工件的性能均匀性。由于断面大、凝固时间长,大圆坯溶质元素的均匀分布成为行业内重点和难点问题之一。因此,以Φ380mmΦ800mm规格特大圆坯弧形连铸机为研究对象,开展了宏观碳偏析的控制研究。采用直读光谱检测、钻屑取样检测、原位分析等手段对大圆坯横截面上的碳含量分布趋势进行了分析,结合凝固组织的分析,揭示了宏观碳偏析的分布特征并理论分析了其形成原因,提出了系统控制策略,其中首次提出利用铸流电磁搅拌(S-EMS)控制柱状晶向等轴晶转变(CET)区域正偏析的设想。在凝固坯壳厚度测试、铸坯表面温度测试和电磁搅拌磁场测试的基础上,开展了大圆坯连铸过程在电磁场作用下的流动、传热、凝固耦合数值模拟,并结合白亮带与凝固组织的关系分析,提出电磁搅拌配置和参数的优化方向;然后利用单因素工业试验,验证了过热度、电磁搅拌(包括结晶器电磁搅拌、铸流电磁搅拌、末端电磁搅拌)和二冷强度等参数对宏观碳偏析的影响效果,并基于宏观偏析的控制策略优化了连铸工...
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 大圆坯连铸技术的发展概述
1.2 连铸的凝固组织特征及研究现状
1.2.1 连铸坯凝固组织特征
1.2.2 CET机理及凝固组织的预测
1.2.3 凝固组织的控制方法
1.3 圆坯连铸的偏析现象及研究现状
1.3.1 连铸偏析分类、机理及控制思路
1.3.2 电磁搅拌作用下的连铸白亮带现象
1.3.3 圆坯连铸的1/2R偏析现象及其控制研究
1.3.4 连铸坯宏观偏析的主要控制方法
1.4 圆坯连铸过程的数值模拟现状
1.4.1 连铸过程的流动、传热及凝固行为研究
1.4.2 电磁搅拌作用下圆坯连铸过程的数值模拟
1.5 课题的研究意义、内容及思路
1.5.1 课题的提出及意义
1.5.2 主要研究内容
1.5.3 主要研究思路
第二章 大圆坯连铸机基本参数及低倍特征分析
2.1 大圆坯连铸机设备及工艺简介
2.1.1 基本参数
2.1.2 品种结构及典型钢种的工艺参数
2.2 大圆坯的凝固组织特征
2.2.1 典型钢种的低倍特征及评级情况
2.2.2 典型钢种凝固组织特征值的统计
2.3 大圆坯凝固组织的不对称分布特征分析
2.4 大圆坯低倍的白亮带现象及其控制
2.4.1 大圆坯低倍上的白亮带现象
2.4.2 白亮带与凝固组织的关系分析
2.4.3 白亮带的控制思路及方法
2.5 本章小结
第三章 大圆坯宏观碳偏析分布特征及控制策略
3.1 宏观碳偏析的光谱检测分析
3.2 宏观碳偏析的C/S检测分析
3.2.1 C/S检测方法及宏观碳偏析的评价方法
3.2.2 宏观碳偏析分布规律的C/S检测分析
3.2.3 宏观碳偏析的C/S检测结果统计
3.3 宏观碳偏析的原位分析
3.3.1 原位分析的试样准备
3.3.2 原位分析结果及分析
3.4 宏观碳偏析的分布特征及其形成原因的理论分析
3.4.1 宏观碳偏析的分布特征
3.4.2 宏观碳偏析分布特征形成原因的理论分析
3.5 宏观碳偏析的控制策略
3.5.1 宏观碳偏析的控制方向
3.5.2 宏观碳偏析的控制手段
3.6 本章小结
第四章 大圆坯连铸过程的现场测试
4.1 凝固坯壳厚度测试
4.1.1 凝固坯壳厚度测试方法及方案
4.1.2 凝固坯壳厚度测试结果及分析
4.2 铸坯表面温度测试
4.2.1 铸坯表面温度测试方法及方案
4.2.2 铸坯表面温度测试结果及分析
4.3 电磁搅拌系统磁场的测试
4.3.1 磁场测试方法
4.3.2 磁场测试结果及分析
4.4 本章小结
第五章 电磁场作用下的大圆坯凝固过程的模拟研究
5.1 电磁搅拌作用下的连铸坯流动、传热及凝固行为的数学模型
5.1.1 控制方程组
5.1.2 计算边界条件
5.1.3 几何模型及网格划分
5.1.4 工艺参数及钢种高温热物性参数
5.2 计算结果及分析
5.2.1 两段电磁搅拌条件下的模拟结果分析
5.2.2 三段电磁搅拌位置的确定
5.2.3 三段电磁搅拌条件下的模拟及参数优化
5.3 本章小结
第六章 宏观偏析控制的工业化试验验证
6.1 工艺参数对宏观偏析影响的工业化试验
6.1.1 过热度对宏观偏析的影响
6.1.2 结晶器电磁搅拌参数对宏观碳偏析的影响
6.1.3 铸流电磁搅拌对宏观偏析的影响
6.1.4 末端电磁搅拌参数对宏观偏析的影响
6.1.5 二冷强度对宏观偏析的影响
6.2 连铸工艺参数优化及其效果分析
6.2.1 连铸工艺参数优化
6.2.2 工艺参数优化的效果分析
6.3 本章小结
第七章 大圆坯连铸尾坯凝固特征及其控制研究
7.1 大圆坯连铸尾坯凝固特征及其原因分析
7.1.1 尾坯凝固特征
7.1.2 尾坯凝固特征的原因分析
7.2 大圆坯连铸延迟封顶收尾坯的原理及试验
7.2.1 原理及方法
7.2.2 试验结果及分析
7.3 推广应用效果分析
7.4 本章小结
第八章 结论
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
附录 符号说明
致谢
本文编号：3789185
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 大圆坯连铸技术的发展概述
1.2 连铸的凝固组织特征及研究现状
1.2.1 连铸坯凝固组织特征
1.2.2 CET机理及凝固组织的预测
1.2.3 凝固组织的控制方法
1.3 圆坯连铸的偏析现象及研究现状
1.3.1 连铸偏析分类、机理及控制思路
1.3.2 电磁搅拌作用下的连铸白亮带现象
1.3.3 圆坯连铸的1/2R偏析现象及其控制研究
1.3.4 连铸坯宏观偏析的主要控制方法
1.4 圆坯连铸过程的数值模拟现状
1.4.1 连铸过程的流动、传热及凝固行为研究
1.4.2 电磁搅拌作用下圆坯连铸过程的数值模拟
1.5 课题的研究意义、内容及思路
1.5.1 课题的提出及意义
1.5.2 主要研究内容
1.5.3 主要研究思路
第二章 大圆坯连铸机基本参数及低倍特征分析
2.1 大圆坯连铸机设备及工艺简介
2.1.1 基本参数
2.1.2 品种结构及典型钢种的工艺参数
2.2 大圆坯的凝固组织特征
2.2.1 典型钢种的低倍特征及评级情况
2.2.2 典型钢种凝固组织特征值的统计
2.3 大圆坯凝固组织的不对称分布特征分析
2.4 大圆坯低倍的白亮带现象及其控制
2.4.1 大圆坯低倍上的白亮带现象
2.4.2 白亮带与凝固组织的关系分析
2.4.3 白亮带的控制思路及方法
2.5 本章小结
第三章 大圆坯宏观碳偏析分布特征及控制策略
3.1 宏观碳偏析的光谱检测分析
3.2 宏观碳偏析的C/S检测分析
3.2.1 C/S检测方法及宏观碳偏析的评价方法
3.2.2 宏观碳偏析分布规律的C/S检测分析
3.2.3 宏观碳偏析的C/S检测结果统计
3.3 宏观碳偏析的原位分析
3.3.1 原位分析的试样准备
3.3.2 原位分析结果及分析
3.4 宏观碳偏析的分布特征及其形成原因的理论分析
3.4.1 宏观碳偏析的分布特征
3.4.2 宏观碳偏析分布特征形成原因的理论分析
3.5 宏观碳偏析的控制策略
3.5.1 宏观碳偏析的控制方向
3.5.2 宏观碳偏析的控制手段
3.6 本章小结
第四章 大圆坯连铸过程的现场测试
4.1 凝固坯壳厚度测试
4.1.1 凝固坯壳厚度测试方法及方案
4.1.2 凝固坯壳厚度测试结果及分析
4.2 铸坯表面温度测试
4.2.1 铸坯表面温度测试方法及方案
4.2.2 铸坯表面温度测试结果及分析
4.3 电磁搅拌系统磁场的测试
4.3.1 磁场测试方法
4.3.2 磁场测试结果及分析
4.4 本章小结
第五章 电磁场作用下的大圆坯凝固过程的模拟研究
5.1 电磁搅拌作用下的连铸坯流动、传热及凝固行为的数学模型
5.1.1 控制方程组
5.1.2 计算边界条件
5.1.3 几何模型及网格划分
5.1.4 工艺参数及钢种高温热物性参数
5.2 计算结果及分析
5.2.1 两段电磁搅拌条件下的模拟结果分析
5.2.2 三段电磁搅拌位置的确定
5.2.3 三段电磁搅拌条件下的模拟及参数优化
5.3 本章小结
第六章 宏观偏析控制的工业化试验验证
6.1 工艺参数对宏观偏析影响的工业化试验
6.1.1 过热度对宏观偏析的影响
6.1.2 结晶器电磁搅拌参数对宏观碳偏析的影响
6.1.3 铸流电磁搅拌对宏观偏析的影响
6.1.4 末端电磁搅拌参数对宏观偏析的影响
6.1.5 二冷强度对宏观偏析的影响
6.2 连铸工艺参数优化及其效果分析
6.2.1 连铸工艺参数优化
6.2.2 工艺参数优化的效果分析
6.3 本章小结
第七章 大圆坯连铸尾坯凝固特征及其控制研究
7.1 大圆坯连铸尾坯凝固特征及其原因分析
7.1.1 尾坯凝固特征
7.1.2 尾坯凝固特征的原因分析
7.2 大圆坯连铸延迟封顶收尾坯的原理及试验
7.2.1 原理及方法
7.2.2 试验结果及分析
7.3 推广应用效果分析
7.4 本章小结
第八章 结论
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
附录 符号说明
致谢
本文编号：3789185
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