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目前,作为汽车板生产主要用钢的IF钢,其表面缺陷仍未得到有效的控制。IF钢在轧制过程中,其表面时常会暴露出Sliver缺陷。有鉴于此,本文对IF钢连铸过程中粒子(大颗粒夹杂物、氩气泡)瞬态运动、捕捉、粒子在连铸坯表层内分布、结晶器内卷渣机理及后续热轧过程中连铸坯表层内大颗粒夹杂物位置演变,展开了 一系列研究。建立了三维钢液瞬态流动、传热、凝固及粒子瞬态运动和捕捉的耦合大涡模拟(LES)模型,模型中氩气泡与钢液实现了双向耦合。研究了结晶器内吹氩与不吹氩两种条件下钢液瞬态流动、夹杂物瞬态运动、捕捉及夹杂物在连铸坯表层中的分布,同时对吹氩条件下连铸坯表层氩气泡分布进行了预测。模型计算结果显示,结晶器吹氩影响了钢液的流动模式,形成了有利于夹杂物上浮的流场。铸坯宽度方向,未考虑吹氩时铸坯边部和宽度中心夹杂物较多。考虑吹氩后,铸坯边部和宽度1/4处夹杂物较多。铸坯厚度方向距内外弧表面30mm内的夹杂物分布基本一致,距内弧表面35mm处开始出现夹杂物聚集带,结晶器吹氩后,距内外弧表面10mm内被捕捉夹杂物变少。铸坯宽度方向边部、1/8部位氩气泡较多,厚度方向氩气泡主要分布在皮下25mm内。通过无水电解和金相显微镜检测实验对连铸坯内大颗粒夹杂物及氩气泡分布进行了测量,模型预测值与实验测量值能够很好吻合,而且实现氩气泡运动与钢液流动双向耦合后,对铸坯内夹杂物分布预测更接近实验检测结果。通过在以上模型基础上耦合EMBr(Flow control mold,FC结晶器)产生的电磁场,研究了 EMBr对钢液瞬态流动、液相穴粒子内瞬态运动及连铸坯表层中粒子分布的影响。计算结果表明,EMBr改变了钢液瞬态流动模式,即有效的对瞬态、不稳定流场产生了制动作用,EMBr能够使弯月面流速保持在合理的范围内。施加EMBr后,液相穴内氩气泡、夹杂物弥散程度低。但EMBr降低了夹杂物的上浮去除率。EMBr降低了铸坯表层夹杂物及氩气泡的含量,不同部位改善程度及范围不同。此外,EMBr使得较多夹杂物和氩气泡进入较深位置处的液相穴。建立了瞬态多相(钢液、液渣、空气、氩气泡)多物理场(流场、电磁场)LES模型,研究了吹氩及EMBr对结晶器内瞬态多相流动、卷渣、钢渣界面波动及“渣眼”裸露等现象的影响。不吹氩、无EMBr情况下,结晶器内存在剪切流、Von Karman涡及液面波动三种卷渣机理,剪切流是主要、危害最大的卷渣方式。吹氩、无EMBr条件下,结晶器内除以上三种卷渣方式,还存在氩气泡对钢渣界面作用这一卷渣方式,氩气泡对钢渣界面作用是主要卷渣方式,而Von Karman涡卷渣危害最大。吹氩、EMBr条件下,结晶器内只有氩气泡对钢渣界面作用这一种卷渣机理。EMBr能够有效减轻卷渣造成的危害及钢渣界面波动。针对IF钢热轧过程,建立了三维有限元轧制数学模型,采用节点追踪的方法研究了连铸坯表层50mm内大颗粒夹杂物在轧制过程中的位置演变。最终,确定了热轧板中大颗粒夹杂物的分布。研究发现,热轧过程中,铸坯宽面内大颗粒夹杂物越来越密集,越来越靠近表层。“扒皮”操作不会影响热轧板内大颗粒夹杂物分布趋势,只是减少热轧板最外层(1-2mm)大颗粒夹杂物含量。连铸坯“扒皮”与否,经轧制其外弧表层大颗粒夹杂物基本都分布在热轧板表层1mm以内,内弧表层大颗粒夹杂物基本都分布在热轧板1.5mm内。经轧制后,连铸坯窄面内大颗粒夹杂物在热轧板边部形成了大颗粒夹杂物密集分布的区域。对取自某厂热轧板试样进行了无水电解实验,所得大颗粒夹杂物分布趋势与模型预测的热轧板中夹杂物分布趋势基本是一致的。本文旨在通过这些研究,为IF钢生产提供理论性的指导。