【摘 要】
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连铸坯的质量直接影响最终钢材的质量,而微观组织在很大程度上决定了连铸坯的质量。在微观组织的研究方法中,计算机模拟方法可以节约成本、减少工作量,因此,微观组织的计算机模拟已成为研究连铸坯微观组织的主要手段。研究连铸坯的微观组织对于优化工艺参数,提高连铸坯的质量具有重要的研究意义。本文以160mm×160mm的60#钢连铸小方坯为研究对象,基于元胞自动机-有限容积法（CA-FVM）建立宏-微观耦合模型
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连铸坯的质量直接影响最终钢材的质量,而微观组织在很大程度上决定了连铸坯的质量。在微观组织的研究方法中,计算机模拟方法可以节约成本、减少工作量,因此,微观组织的计算机模拟已成为研究连铸坯微观组织的主要手段。研究连铸坯的微观组织对于优化工艺参数,提高连铸坯的质量具有重要的研究意义。本文以160mm×160mm的60#钢连铸小方坯为研究对象,基于元胞自动机-有限容积法（CA-FVM）建立宏-微观耦合模型,并对耦合模型进行数值求解,预测出连铸坯的微观组织。分析了不同工艺参数对连铸小方坯断面微观组织和柱状晶向等轴晶转变（CET）位置的影响,从而优化连铸工艺。具体研究内容如下:（1）建立宏观温度场和溶质场模型。选取热物性参数和动力学参数,根据初始条件和边界条件,采用有限容积法（FVM）对温度场和溶质场进行数值建模。（2）分析并确定形核模型、生长模型。在形核模型中,计算晶粒密度时,将近似函数法和误差函数法进行分析比较,采用准确度更高的算法,使晶粒密度计算的准确率得到提高。在枝晶生长中,分别推导LGK模型和KGT模型,研究两个模型的适用情况,将它们的优点相结合,对生长模型进行优化,其中选取计算界面曲率的方法对曲率过冷度进行计算,提高生长速度计算的准确性。（3）对宏、微观模型进行耦合,运用CA-FVM法对耦合模型进行数值求解。将计算的宏观温度和浓度通过双线性插值法插值到微观元胞中,微观元胞把结晶潜热反馈到温度场中并通过对固相率的计算改变溶质分配。（4）通过控制工艺参数来预测铸坯微观组织。研究了不同工艺参数对连铸小方坯断面微观组织和柱状晶向等轴晶转变（CET）位置的影响,得到优化连铸工艺的方案。通过改变浇注温度、给水量及拉速的生产工艺参数,对预测出的连铸坯微观组织及CET位置进行研究。得到优化方案:通过适当地降低浇注的温度、减少给水量以及减小拉速的方式可以使铸坯质量得到提高。
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