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《方坯连铸疏松及宏观偏析的模拟研究.docx》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、方坯连铸疏松及宏观偏析的模拟研究连铸过程铸坯内部质量控制是制约产品性能的关键。在各类铸坯内部质量缺陷中,宏观偏析及中心疏松历来都是核心问题。有鉴于此,为控制铸坯内部疏松及偏析缺陷,提升连铸坯内部质量,本文对方坯连铸过程疏松和偏析的形成及控制开展了一系列研究。建立数学模型对方坯凝固过程中心疏松的形成进行了分析预测。结果表明,在本文研究工况下,铸坯中心宏观疏松尺寸可达2.52mm。在此基础上,开展工业实验,系统研究了凝固末端重压下技术对方坯中心疏松的影响。实验结果表明,凝固末端重压下可以显著地改善铸坯中心疏松,大压下量和高中心固相率均有助于中心疏松的改善,并且改善效果明显优于轻压下技术
2、。针对本文的实验铸机和钢种,在中心固相率0.7以后的位置实施10mm以上的压下量可以将方坯疏松度值由1.5降至0.5以下。基于连续混合模型建立了三维流动-热-溶质传输模型,模拟连铸坯溶质元素的分布。结果表明,铸坯内部不同溶质元素分布特点基本相同。受钢液对流、溶质再分配的作用,凝固完成后,预测所得铸坯中心区域C偏析指数最大为1.36,而两侧为负偏析区。对于弧形铸机,溶质分布受热溶质浮力的影响,中心偏析最大值并未出现在铸坯几何中心,而是向外弧侧偏移约8mm。此外,综合对比微观偏析模型对不同元素偏析结果的影响可知,Voller-Beckermann模型在宏观偏析模拟过程中更为合适。电磁搅
3、拌的模拟研究中,考虑了钢液流动对电磁力的影响,与传统电磁搅拌模型进行了对比研究。结果表明,对于结晶器电磁搅拌(MEMS),在磁场的作用下,钢液流动区域,尤其是水口下方冲击区,产生了较大数值的洛伦兹力(最大约为1700N/m3),而传统电磁搅拌模型对此未能预测。凝固末端由于钢液速度较小,流场对电磁力几乎没有影响。本文磁流体模型计算所得结晶器液面波动为3mm,而传统模型为1.5mm,因此,可以认为本文模型更适用于电磁搅拌的模拟研究。基于磁流体模型建立了电磁-流动-凝固-溶质传输耦合模型,研究了末端电磁搅拌对铸坯内部溶质元素分布的影响。模拟结果表明,由末端电磁搅拌(FEMS)引起的强制对
4、流使残余钢液内的溶质元素分布更为均匀,在搅拌中心截面,最大溶质C浓度由1.062降低到了1.002。铸坯凝固完成后,C偏析指数由1.368降低为1.315,这表明末端电磁搅拌对铸坯中心偏析有一定的改善效果。此外,搅拌位置的选取会影响改善效果,对本文铸机及研究条件,末端电磁搅拌安装位置对应的糊状区占铸坯的30%～40%时较为合适。
