论文部分内容阅读
连铸坯内凝固传热特性及溶质分布直接影响铸坯的表面及内部质量,而这些特性参数是难以通过直接测量得到的。数值模拟是把握这些特性参数的有效手段之一。通过针对具体问题建立的数学模型,数值模拟可以准确地模拟出一些重要参数的变化曲线,总结出这些参数变化对铸坯质量的影响规律,进一步对其进行人为控制调整,从而可以实现生产的最优控制。
本文是以宝钢电炉厂圆坯连铸机为研究对象,在通过现场调研,掌握具体情况的基础上,结合大量文献查阅研究,建立了凝固传热的薄片数学模型和碳溶质宏观及微观偏析模型。结合工厂实验数据验证了数学模型的合理性。在此基础上,分析了冷却配水量、过热度及拉速对铸坯温度,凝固层厚度及碳浓度分布的影响。通过数值分析,得到:制定合理的冷却配水量能够有效地控制铸坯内部质量,反应在铸坯表面温度上,即是使各冷却段铸坯受冷均匀,各冷却段衔接处温度回升值尽量地小。因此要严格地控制各冷却段冷却水量的分配。不同钢种其最优的水量分配参数不同,对合金钢T23现用的各种配水量进行了分析,结果发现当比水量为0.35kg/L,二次冷却段四区各区配水量分别为46L/min,39L/min,20L/min,15L/min时,铸坯冷却质量最好;铸坯凝固末端位置与冷却强度有关,冷却强度越大凝固末端长度就越短。对于钢种T23,其脆性温度区间为750~925℃。因此要注意当铸坯进出拉矫机时,铸坯温度避开该脆性温度区间;碳浓度分布与铸坯温度分布有着直接的联系。具体来讲,当温度分布曲线变化平缓,各冷却段冷却均匀,衔接处温度回升值较小时,铸造过程中铸坯中心碳偏析量就越小。对于1Cr5Mo这一钢种,得出当中间包温度为1540℃,拉速为2.0m/min,二次冷却段四区各区配水量分别为78L/min,49L/min,43L/min,25L/min时,其碳偏析量最小。当浇铸温度,冷却强度以及物性参数一定时,通过数值分析得出,碳偏析量与铸造速度之间成正比关系,而对于相同的速度增量,速度基数越大,碳偏析量越大。因此在保证工艺合理的基础上,应尽量降低铸造速度。最后,本文介绍了作者开发的数值模拟软件。用VisualBasic语言编写了计算程序以及操作界面。该软件可以计算出铸坯温度分布值以及碳浓度分布值。用数据值和图形输出相结合的方法,给出丰富地工艺参数及过程的信息,使现场操作人员制定合理的操作参数,更有效地指导实践。该软件的操作界面十分友好,计算速度也很快,一些辅助功能(如数据的保存及图形的打印)也很大程度上方便使用者用计算得到的数据进行分析研究。