大方坯連鑄過程流動、傳熱、傳質行為及凝固組織的模擬研究

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1、分類號學號２０１５０２６０１０２３學校代碼１０４８８密級博士學位論文大方坯連鑄過程流動、傳熱、傳質行為及凝固組織的模擬研究學位申請人：方慶學科專業(yè)：冶金工程指導教師：倪紅衛(wèi)教授答辯日期：２０１８年５月１２日分類號學號201502601023學校代碼10488密級博士學位論文大方坯連鑄過程流動、傳熱、傳質行為及凝固組織的模擬研究學位申請人：方慶學科專業(yè)：冶金工程指導教師：倪紅衛(wèi)教授答辯日期：2018年5月12日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofD

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

3、技大學研究生學位論文創(chuàng)新性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學位論文是本人在導師指導下，獨立進行研宄所取得的成果。除了文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容或屬合作研究共同完成的工作外。，本論文不包含任何其他個人或集體己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研宄做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明一。申請學位論文與資料若有不實之處，本人承擔切相關責任論文作者簽名：日期：Ｍ—研究生學位論文版權使用授權聲明本論文的研宄成果歸武漢科技大學所有，其研宄內(nèi)容不得以其它單位的名義發(fā)表、使用學位論文的規(guī)定，。本人完全了解武漢科技大學有關保留同意學校保留并向有關部門（按照《

4、武漢科技大學關于研宄生學位論文收錄工作的規(guī)定》執(zhí)行）送交論文的復印件和電子版本，允許論文被查閱和借閱，同意學校將本論文的全部或部分內(nèi)容編入學校認可的國家相關數(shù)據(jù)庫進行檢索和對外服務。論文作者簽名：今七指導教師簽名：＿：日期，Ｓ１，｜摘要高速鋼軌是高速鐵路的基礎部件，而重軌鋼連鑄大方坯質量直接決定高速鋼軌品質。重軌鋼大方坯的凝固組織演變及流動、傳熱和傳質行為直接影響著其表面及內(nèi)部質量，是控制重軌鋼大方坯質量的關鍵。本文對某廠生產(chǎn)的380mm×280mmU71Mn重軌鋼大方坯連鑄過程凝固組織的控制、湍流區(qū)冶金行為的優(yōu)化及鑄坯中心偏析的改善開展了一系列研究，為生產(chǎn)

5、高品質重軌鋼的連鑄工藝提供一定的理論依據(jù)。采用CAFé模型研究了不同冷卻制度和過熱度條件下大方坯連鑄凝固傳熱及組織演變規(guī)律。研究結果表明：凝固坯殼結果與射釘實驗結果相符合，誤差在4%以內(nèi)，凝固組織分布與酸洗照片吻合。超弱冷條件下鑄坯凝固終點比弱冷條件延長約2.46m，中心兩相區(qū)長度擴大1.46m左右，且表面與角部溫度較高，鑄坯空冷段后角部與表面回溫較小，可有效減少鑄坯表面缺陷的產(chǎn)生幾率，兩種冷卻條件下鑄坯斷面內(nèi)凝固組織的大小及分布相似。當過熱度由15K增至40K時，鑄坯中心等軸晶率由44.6%降至20.5%，平均晶粒半徑由1.025mm增至1.128mm；過熱度每上升5K，凝固終點后移0.

6、19m，表面溫度約增加3K；在保證流暢澆注的前提下，重軌鋼鋼水過熱度可控制在20K以內(nèi)。建立了大方坯連鑄過程電磁流動－凝固傳熱－傳質多物理場耦合模型，系統(tǒng)研究了不同浸入式水口和結晶器電磁攪拌參數(shù)下連鑄湍流區(qū)內(nèi)鋼液的流動、液面波動、傳熱凝固及傳質行為和相互作用。研究結果表明：采用四孔水口對角安裝時，結晶器鋼/渣界面波動幅度僅4.5mm，可消除注流沖擊引起的寬邊與窄邊坯殼的薄化現(xiàn)象，避免拉漏，結晶器內(nèi)夾雜物的上浮去除效果較好，鑄坯表面與角部溫差較小，且可減輕溶質在鑄坯寬窄面的負偏析，初生坯殼內(nèi)溶質分布相對均勻。加載結晶器電磁攪拌后，液面波動增至6.2mm，作用區(qū)內(nèi)鑄坯斷面溫度、坯殼厚度及溶質分

7、布更加均勻，鑄坯表面溫度較高。隨著電流強度的增大（450A~600A），作用區(qū)內(nèi)鑄坯寬面及窄面中心附近凝固前沿的切向速度增加，液面波動由5.3mm增至6.2mm，作用區(qū)凝固坯殼負偏析加重，角部偏析減弱，計算域出口坯殼厚度減小，而鑄坯表面溫度增高，電流強度應為600A。隨著電磁攪拌安裝位置的上移，I鋼/渣界面波動幅度增大，鑄坯表面溫度升高，計算域出口處坯殼變薄，鋼液沖擊深度減小，電磁攪拌中心應安裝在距離彎月面約0.42m處