圓坯連鑄凝固傳熱與碳溶質(zhì)偏析數(shù)值模擬及軟件開發(fā).pdf

1、連鑄坯內(nèi)凝固傳熱特性及溶質(zhì)分布直接影響鑄坯的表面及內(nèi)部質(zhì)量，而這些特性參數(shù)是難以通過直接測量得到的。數(shù)值模擬是把握這些特性參數(shù)的有效手段之一。通過針對具體問題建立的數(shù)學(xué)模型，數(shù)值模擬可以準確地模擬出一些重要參數(shù)的變化曲線，總結(jié)出這些參數(shù)變化對鑄坯質(zhì)量的影響規(guī)律，進一步對其進行人為控制調(diào)整，從而可以實現(xiàn)生產(chǎn)的最優(yōu)控制。 本文是以寶鋼電爐廠圓坯連鑄機為研究對象，在通過現(xiàn)場調(diào)研，掌握具體情況的基礎(chǔ)上，結(jié)合大量文獻查閱研究，建立了凝固傳

2、熱的薄片數(shù)學(xué)模型和碳溶質(zhì)宏觀及微觀偏析模型。結(jié)合工廠實驗數(shù)據(jù)驗證了數(shù)學(xué)模型的合理性。在此基礎(chǔ)上，分析了冷卻配水量、過熱度及拉速對鑄坯溫度，凝固層厚度及碳濃度分布的影響。通過數(shù)值分析，得到：制定合理的冷卻配水量能夠有效地控制鑄坯內(nèi)部質(zhì)量，反應(yīng)在鑄坯表面溫度上，即是使各冷卻段鑄坯受冷均勻，各冷卻段銜接處溫度回升值盡量地小。因此要嚴格地控制各冷卻段冷卻水量的分配。不同鋼種其最優(yōu)的水量分配參數(shù)不同，對合金鋼T23現(xiàn)用的各種配水量進行了分析，結(jié)果

3、發(fā)現(xiàn)當比水量為0.35kg/L，二次冷卻段四區(qū)各區(qū)配水量分別為46L/min，39L/min，20L/min，15L/min時，鑄坯冷卻質(zhì)量最好；鑄坯凝固末端位置與冷卻強度有關(guān)，冷卻強度越大凝固末端長度就越短。對于鋼種T23，其脆性溫度區(qū)間為750～925℃。因此要注意當鑄坯進出拉矯機時，鑄坯溫度避開該脆性溫度區(qū)間；碳濃度分布與鑄坯溫度分布有著直接的聯(lián)系。具體來講，當溫度分布曲線變化平緩，各冷卻段冷卻均勻，銜接處溫度回升值較小時，鑄造過

4、程中鑄坯中心碳偏析量就越小。對于1Cr5Mo這一鋼種，得出當中間包溫度為1540℃，拉速為2.0m/min，二次冷卻段四區(qū)各區(qū)配水量分別為78L/min，49L/min，43L/min，25L/min時，其碳偏析量最小。當澆鑄溫度，冷卻強度以及物性參數(shù)一定時，通過數(shù)值分析得出，碳偏析量與鑄造速度之間成正比關(guān)系，而對于相同的速度增量，速度基數(shù)越大，碳偏析量越大。因此在保證工藝合理的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量降低鑄造速度。最后，本文介紹了作者開發(fā)的數(shù)值