双流浇注连续铸造(Double-stream-pouring Continuous Casting, DSPCC)是一项制备梯度复合材料的新技术,它可以解决材料内部和外部需要不同性能要求这一类问题.该文采用双流浇注连续铸造技术,在2024/3003梯度复合材料的实验研制基础上,采用数值模拟的方法对双流浇注连续铸造过程的流场、温度场和溶质传输进行耦合模拟,同时对比实验结果,较全面和系统地分析了不同工艺参数对双流浇注连续铸造流场、温度场与浓度场的影响.该文的主要内容和结论如下:通过对双流浇注连续铸造热过程和熔体流动影响因素的分析,建立了流场与温度场的二维轴对称稳态控制数学模型.(1)模拟了不同内导管结构形状条件下,金属熔体在内导管中的流场分布特征,分析了三种不同形状的内导管对内导管出口速度分布的影响,并与实验结果相结合确定了最优的内导管设计.(2)研究了双流浇流连续铸造的不同工艺参数对流场与温度场影响.结果表明:(a)提高内浇包浇注温度,外层凝壳厚度减小,分界圆半径增大,铸坯内液穴深度增加;(b)提高外浇包浇注温度,外层凝壳厚度减小,分界圆半径增大,铸坯内液穴深度增加,铸坯表面温度升高,模拟区域最低温度提高;(c)拉坯速度提高,分界圆半径增加,外层凝固壳的厚度明显减小,铸坯表面温度明显升高,模拟区域最低温度提高,铸坯内液穴深度增加;(d)内导管插入深度增加,分界圆半径减小,铸坯表面温度提高,铸坯内液穴深度增加;(e)结晶器内石墨壁热流强度降低,分界圆半径增大,铸坯表面温度明显上升,模拟区域最低温度上升,同时铸坯内液穴深度增加.为了确定连续铸造充型后的开始拉坯时间,建立了双流浇注充型开始阶段流场与温度场的瞬态分析控制模型.(1)模拟了充型后不同时间条件下结晶器内金属凝固壳的形状与厚度,结果表现充型后结晶器内金属凝固壳厚度与时间呈抛物线关系.(2)充型开始后13~15秒,外层凝固壳的厚度达到7mm左右,其强度可以承受拉锭时的阻力,不会引起拉断、拉漏事故,能保证连续铸造的顺利进行,与实验结果基本一致.通过对双流浇注连续铸造传质过程的分析,建立了流场、温度场与浓度场三场耦合的数学模型,并研究了不同工艺参数对浓度场的影响.结果表明:(a)拉坯速度提高可使内浇包熔体向铸坯径向扩散的速度增加,内外浇包熔体混合区沿轴向上移.随着拉坯速度的增加,中心轴线附近Cu含量接近4.5﹪的内层金属凝固区变窄,铸坯表面Cu含量为零的外层金属凝固区变窄,过度区变宽.(b)内导管插入深度提高,使内层金属凝固区变宽,外层金属凝固区变宽,过渡区变窄.(c)内浇包浇注温度提高,可以减小内层金属凝固区宽度,提高外层金属凝固区宽度,使过渡区增加.