方坯连铸凝固组织与内部质量模拟研究

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1、中图分类号：TF777.3论文编号：2017302122UDC：密级：公开硕士学位论文方坯连铸凝固组织与内部质量模拟研究作者姓名：温巨文学科名称：冶金工程研究方向：凝固理论与铸坯质量控制学习单位：华北理工大学学制:2.5年提交日期:2017年12月4日申请学位类别：工程硕士导师姓名：朱立光教授单位：华北理工大学冶金与能源学院李梦英高工单位：唐山钢铁集团有限公司技术中心论文评阅人：王博讲师单位：华北理工大学冶金与能源学院佟志新高工单位：唐山钢铁集团有限公司总工办论文答辩日期：2018年3月3日答辩委员会主席：王书

2、桓教授关键词：ProCAST软件；数值模拟；凝固组织；缩松缩孔唐山华北理工大学2018年3月SimulationStudyonSolidificationStructureandInternalQualityofBilletContinuousCastingDissertationSubmittedtoNorthChinaUniversityofScienceandTechnologyinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofEngine

3、eringbyWenJuwen(MetallurgyEngineering)ProfessorZhuLiguangSupervisor:LiMengyingMarch,2018独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得华北理工大学以外其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。论文作者签名

4、：日期：2018年3月7日关于论文使用授权的说明本人完全了解华北理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以将学位论文的全部或部分内容采用影印、缩印或编入有关数据库进行公开、检索和交流。作者和导师同意论文公开及网上交流的时间：□自授予学位之日起□自年月日起作者签名：导师签名：签字日期：2018年3月7日签字日期：2018年3月7日摘要连铸过程中钢液的传热与凝固以及由此产生的凝固组织及缺陷，对铸坯质量有着非常重

5、要的影响。采用模拟软件模拟钢液的凝固过程，具有低成本，周期短的优点。应用模拟软件ProCAST模拟连铸过程铸坯表面和中心温度分布规律，通过该软件中CAFE模块对铸坯凝固过程的组织进行模拟，并根据软件中缩松缩孔判据对铸坯内部缺陷进行预测。铸坯凝固过程中，二冷区冷却是铸坯散热的主要环节，在结晶器冷却效果不变，拉速一定的条件下，对二冷区各段换热系数进行分组，从1号至4号的过程中，冷却作用逐渐减弱，铸坯温度依次增大。各组系数下铸坯中心温度分别为1156℃、1194℃、1268℃和1322℃，则得出二冷段冷却作用对铸坯凝

6、固影响十分重要。铸坯中液芯长度受二冷区影响，冷却作用越大，钢液的传热越快，铸坯凝固速率越大。铸坯不仅要求快速凝固，而且要保证其内部凝固组织中三个晶区的合理分布。在实际中，同一钢种在生产时成分的波动会影响凝固组织中晶区的比例。因此，对钢中主要元素C、Si和Mn含量的变化对凝固组织的影响进行系统性研究。C含量由0.14%增至0.22%的过程中，晶粒细化程度逐渐提高，所以C含量为0.22%时的铸坯细化程度最高。随着Si含量增加，钢液结晶速率加快，晶粒细化程度提高。当硅含量为0.16%时，铸坯中等轴晶数量较多，因此细化

7、程度较好。钢中Mn含量增加时，晶粒平均面积增加，晶粒粗大，细化效果不佳，将成分由0.34%至0.42%分为五组进行试验，总体看来含量在0.34%时晶粒细化效果较好。浇注过程中，工艺参数等不仅对铸坯凝固组织有影响，同时也对铸坯中产生的缩松缩孔有影响。在浇注温度由1535℃提高至1555℃时，相同长度铸坯内部缩松的数量基本不变，但是缺陷剖面尺寸分别为14.4mm、11.3mm和14.3mm。拉速由1.5m/min提高至2.5m/min的过程中，铸坯中缺陷数量增加，缩松尺寸分别为11.4mm、11.5mm和15.3m

8、m。钢种碳含量的变化也会影响铸坯的缩松大小，当碳含量0.14%不断增加至0.22%的过程中，缺陷孔隙率分别为49.27%、47.08%、50.12%、48.75%和52.10%，因此，整体上看来，碳含量的增加会使铸坯的孔隙率增大。图36幅；表17个；参71篇。关键词：ProCAST软件；数值模拟；凝固组织；缩孔缩松分类号：TF777.3-I-AbstractThesolidificat