方坯連鑄疏松及宏觀偏析的模擬研究.docx

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1、方坯連鑄疏松及宏觀偏析的模擬研究連鑄過程鑄坯內(nèi)部質(zhì)量控制是制約產(chǎn)品性能的關(guān)鍵。在各類鑄坯內(nèi)部質(zhì)量缺陷中,宏觀偏析及中心疏松歷來都是核心問題。有鑒于此,為控制鑄坯內(nèi)部疏松及偏析缺陷,提升連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量,本文對方坯連鑄過程疏松和偏析的形成及控制開展了一系列研究。建立數(shù)學(xué)模型對方坯凝固過程中心疏松的形成進行了分析預(yù)測。結(jié)果表明,在本文研究工況下,鑄坯中心宏觀疏松尺寸可達2.52mm。在此基礎(chǔ)上,開展工業(yè)實驗,系統(tǒng)研究了凝固末端重壓下技術(shù)對方坯中心疏松的影響。實驗結(jié)果表明,凝固末端重壓下可以顯著地改善鑄坯中心疏松,大壓下量和高中心固相率均有助于中心疏松的改善,并且改善效果明顯優(yōu)于輕壓下技術(shù)

2、。針對本文的實驗鑄機和鋼種,在中心固相率0.7以后的位置實施10mm以上的壓下量可以將方坯疏松度值由1.5降至0.5以下?；谶B續(xù)混合模型建立了三維流動-熱-溶質(zhì)傳輸模型,模擬連鑄坯溶質(zhì)元素的分布。結(jié)果表明,鑄坯內(nèi)部不同溶質(zhì)元素分布特點基本相同。受鋼液對流、溶質(zhì)再分配的作用,凝固完成后,預(yù)測所得鑄坯中心區(qū)域C偏析指數(shù)最大為1.36,而兩側(cè)為負(fù)偏析區(qū)。對于弧形鑄機,溶質(zhì)分布受熱溶質(zhì)浮力的影響,中心偏析最大值并未出現(xiàn)在鑄坯幾何中心,而是向外弧側(cè)偏移約8mm。此外,綜合對比微觀偏析模型對不同元素偏析結(jié)果的影響可知,Voller-Beckermann模型在宏觀偏析模擬過程中更為合適。電磁攪

3、拌的模擬研究中,考慮了鋼液流動對電磁力的影響,與傳統(tǒng)電磁攪拌模型進行了對比研究。結(jié)果表明,對于結(jié)晶器電磁攪拌(MEMS),在磁場的作用下,鋼液流動區(qū)域,尤其是水口下方?jīng)_擊區(qū),產(chǎn)生了較大數(shù)值的洛倫茲力(最大約為1700N/m3),而傳統(tǒng)電磁攪拌模型對此未能預(yù)測。凝固末端由于鋼液速度較小,流場對電磁力幾乎沒有影響。本文磁流體模型計算所得結(jié)晶器液面波動為3mm,而傳統(tǒng)模型為1.5mm,因此,可以認(rèn)為本文模型更適用于電磁攪拌的模擬研究?；诖帕黧w模型建立了電磁-流動-凝固-溶質(zhì)傳輸耦合模型,研究了末端電磁攪拌對鑄坯內(nèi)部溶質(zhì)元素分布的影響。模擬結(jié)果表明,由末端電磁攪拌(FEMS)引起的強制對

4、流使殘余鋼液內(nèi)的溶質(zhì)元素分布更為均勻,在攪拌中心截面,最大溶質(zhì)C濃度由1.062降低到了1.002。鑄坯凝固完成后,C偏析指數(shù)由1.368降低為1.315,這表明末端電磁攪拌對鑄坯中心偏析有一定的改善效果。此外,攪拌位置的選取會影響改善效果,對本文鑄機及研究條件,末端電磁攪拌安裝位置對應(yīng)的糊狀區(qū)占鑄坯的30%～40%時較為合適。