连铸过程多相流、传热凝固及夹杂物运动捕获的研究

发布时间：2017-12-18 12:38

  本文关键词：连铸过程多相流、传热凝固及夹杂物运动捕获的研究

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【摘要】：连铸是一个包含流动、传热、凝固等复杂传输现象的综合过程。本研究根据连铸机特点,采用分段模拟的方法,分别对板坯和圆坯连铸全过程进行数值模拟和相关工业试验研究。第一部分研究内容是建立板坯连铸过程流场、传热凝固和磁场耦合计算数学模型,研究电磁制动FC-Mold在不同磁场强度、拉速和浇铸断面下的冶金效果。计算结果表明,施加电磁制动后,弯月面上漩涡的形成受到抑制,钢液面平均温度升高2K左右,铸坯表面温度在宽度方向上分布对称,但会引起弯月面下450 mm处铸坯角部温度回升增大；断面为1300 mm时,电磁制动对凝固末端及冶金长度影响不明显,但是当拉速从1.8 m/min增大到2.0m/min时,冶金长度提高约2.5 m。利用平滑处理(Smoothing)和方差方法分别对现场液位波动和热电偶测温数据进行处理,得到当上磁场强度为下磁场强度的一半时,电磁制动能够使液面低频波动能量和温度波动方差降低,有利于连铸过程的顺行；结合模拟结果对施加电磁制动后表层2 mm内10μm夹杂物减少的原因进行了解释：弯月面温度越高,凝固钩向铸坯内部生长越不发达,对上浮至钢液面的夹杂物捕获量少,因此铸坯表层洁净度得到改善；电磁制动在改善铸坯中总氧对称性方面效果显著,且施加电磁制动后,铸坯总氧平均值从12.2 ppm降低到10.6 ppm。第二部分研究对象是圆坯离心连铸,首先,研究连铸工艺参数(水口位置、拉速和转速)对钢液流场、液面波动、夹杂物运动等的影响。其计算结果表明：拉速和转速对流场影响最大,其中当拉速从1.24 m/min增大到2.54m/min后,流股冲击深度从126 mm增大到220 mm,钢液面气泡卷入量从0.0003 m3增大到0.0012 m3;降低转速可减少气泡卷入量,当转速为60 rpm时,流股冲击深度最小,为120 mm；水口偏转角度越大,夹杂物分布越分散,而拉速的规律与之相反。然后,研究旋转形式下铸坯传热和凝固的特点,正是因为连铸过程坯壳是旋转的,才使得铸坯表面温度在同一高度上分布均匀,在本计算条件下,圆坯冶金长度约为8.5 m；根据夹杂物尺寸并考虑凝固前沿流股的冲刷作用,确定不同粒径的夹杂物被凝固坯壳捕获的临界条件,预测夹杂物在圆坯断面上的分布情况,结果表明夹杂物粒径越大越容易在铸坯中心处发生聚集。最后,对离心连铸生产的圆坯进行全断面夹杂物扫描,得到硫化类、氧化类和氧化-硫化类夹杂物的分布特点；结合前面的凝固模拟结果解释了氧化类夹杂物在铸坯断面上分布较均匀的原因,并通过酸侵蚀实验得到二次枝晶间距在整个铸坯断面上的分布情况,计算出相应位置在凝固过程的冷却速率,解释硫化类夹杂物在铸坯表层呈带状分布的原因。
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TF777

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本文编号：1304201