大方坯连铸过程流动、传热、传质行为及凝固组织的模拟研究

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1、分类号学号２０１５０２６０１０２３学校代码１０４８８密级博士学位论文大方坯连铸过程流动、传热、传质行为及凝固组织的模拟研究学位申请人：方庆学科专业：冶金工程指导教师：倪红卫教授答辩日期：２０１８年５月１２日分类号学号201502601023学校代码10488密级博士学位论文大方坯连铸过程流动、传热、传质行为及凝固组织的模拟研究学位申请人：方庆学科专业：冶金工程指导教师：倪红卫教授答辩日期：2018年5月12日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofD

2、octorofPhilosophyinEngineeringNumericalAnalysisofFlow,HeatTransfer,SoluteTransportBehaviorandSolidificationStructureinContinuouslyCastBloomPh.D.Candidate：FANGQingMajor：MetallurgicalEngineeringSupervisor：Prof.NIHongweiWuhanUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430081,P.R.ChinaMay12,2018ｒ武汉科

3、技大学研究生学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研宄所取得的成果。除了文中已经注明引用的内容或属合作研究共同完成的工作外。，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明一。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担切相关责任论文作者签名：日期：Ｍ—研究生学位论文版权使用授权声明本论文的研宄成果归武汉科技大学所有，其研宄内容不得以其它单位的名义发表、使用学位论文的规定，。本人完全了解武汉科技大学有关保留同意学校保留并向有关部门（按照《

4、武汉科技大学关于研宄生学位论文收录工作的规定》执行）送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将本论文的全部或部分内容编入学校认可的国家相关数据库进行检索和对外服务。论文作者签名：今七指导教师签名：＿：日期，Ｓ１，｜摘要高速钢轨是高速铁路的基础部件，而重轨钢连铸大方坯质量直接决定高速钢轨品质。重轨钢大方坯的凝固组织演变及流动、传热和传质行为直接影响着其表面及内部质量，是控制重轨钢大方坯质量的关键。本文对某厂生产的380mm×280mmU71Mn重轨钢大方坯连铸过程凝固组织的控制、湍流区冶金行为的优化及铸坯中心偏析的改善开展了一系列研究，为生产

5、高品质重轨钢的连铸工艺提供一定的理论依据。采用CAFÉ模型研究了不同冷却制度和过热度条件下大方坯连铸凝固传热及组织演变规律。研究结果表明：凝固坯壳结果与射钉实验结果相符合，误差在4%以内，凝固组织分布与酸洗照片吻合。超弱冷条件下铸坯凝固终点比弱冷条件延长约2.46m，中心两相区长度扩大1.46m左右，且表面与角部温度较高，铸坯空冷段后角部与表面回温较小，可有效减少铸坯表面缺陷的产生几率，两种冷却条件下铸坯断面内凝固组织的大小及分布相似。当过热度由15K增至40K时，铸坯中心等轴晶率由44.6%降至20.5%，平均晶粒半径由1.025mm增至1.128mm；过热度每上升5K，凝固终点后移0.

6、19m，表面温度约增加3K；在保证流畅浇注的前提下，重轨钢钢水过热度可控制在20K以内。建立了大方坯连铸过程电磁流动－凝固传热－传质多物理场耦合模型，系统研究了不同浸入式水口和结晶器电磁搅拌参数下连铸湍流区内钢液的流动、液面波动、传热凝固及传质行为和相互作用。研究结果表明：采用四孔水口对角安装时，结晶器钢/渣界面波动幅度仅4.5mm，可消除注流冲击引起的宽边与窄边坯壳的薄化现象，避免拉漏，结晶器内夹杂物的上浮去除效果较好，铸坯表面与角部温差较小，且可减轻溶质在铸坯宽窄面的负偏析，初生坯壳内溶质分布相对均匀。加载结晶器电磁搅拌后，液面波动增至6.2mm，作用区内铸坯断面温度、坯壳厚度及溶质分

7、布更加均匀，铸坯表面温度较高。随着电流强度的增大（450A~600A），作用区内铸坯宽面及窄面中心附近凝固前沿的切向速度增加，液面波动由5.3mm增至6.2mm，作用区凝固坯壳负偏析加重，角部偏析减弱，计算域出口坯壳厚度减小，而铸坯表面温度增高，电流强度应为600A。随着电磁搅拌安装位置的上移，I钢/渣界面波动幅度增大，铸坯表面温度升高，计算域出口处坯壳变薄，钢液冲击深度减小，电磁搅拌中心应安装在距离弯月面约0.42m处