方坯连铸凝固组织与内部质量模拟研究
连铸过程中钢液的传热与凝固以及由此产生的凝固组织及缺陷，对铸坯质量有着非常重要的影响。采用模拟软件模拟钢液的凝固过程，具有低成本，周期短的优点。应用模拟软件ProCAST模拟连铸过程铸坯表面和中心温度分布规律，通过该软件中CAFE模块对铸坯凝固过程的组织进行模拟，并根据软件中缩松缩孔判据对铸坯内部缺陷进行预测。 铸坯凝固过程中，二冷区冷却是铸坯散热的主要环节，在结晶器冷却效果不变，拉速一定的条件下，对二冷区各段换热系数进行分组，从1号至4号的过程中，冷却作用逐渐减弱，铸坯温度依次增大。各组系数下铸坯中心温度分别为1156℃、1194℃、1268℃和1322℃，则得出二冷段冷却作用对铸坯凝固影响十分重要。铸坯中液芯长度受二冷区影响，冷却作用越大，钢液的传热越快，铸坯凝固速率越大。 铸坯不仅要求快速凝固，而且要保证其内部凝固组织中三个晶区的合理分布。在实际中，同一钢种在生产时成分的波动会影响凝固组织中晶区的比例。因此，对钢中主要元素C、Si和Mn含量的变化对凝固组织的影响进行系统性研究。C含量由0.14%增至0.22%的过程中，晶粒细化程度逐渐提高，所以C含量为0.22%时的铸坯细化程度最高。随着Si含量增加，钢液结晶速率加快，晶粒细化程度提高。当硅含量为0.16%时，铸坯中等轴晶数量较多，因此细化程度较好。钢中Mn含量增加时，晶粒平均面积增加，晶粒粗大，细化效果不佳，将成分由0.34%至0.42%分为五组进行试验，总体看来含量在0.34%时晶粒细化效果较好。 浇注过程中，工艺参数等不仅对铸坯凝固组织有影响，同时也对铸坯中产生的缩松缩孔有影响。在浇注温度由1535℃提高至1555℃时，相同长度铸坯内部缩松的数量基本不变，但是缺陷剖面尺寸分别为14.4mm、11.3mm和14.3mm。拉速由1.5m/min提高至2.5m/min的过程中，铸坯中缺陷数量增加，缩松尺寸分别为11.4mm、11.5mm和15.3mm。钢种碳含量的变化也会影响铸坯的缩松大小，当碳含量0.14%不断增加至0.22%的过程中，缺陷孔隙率分别为49.27%、47.08%、50.12%、48.75%和52.10%，因此，整体上看来，碳含量的增加会使铸坯的孔隙率增大。
方钢坯连铸;凝固组织;内部质量;数值模拟
华北理工大学
硕士
冶金工程
朱立光
2018
中文
TF777.2
84
2018-12-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）