本文關(guān)鍵詞：連鑄過(guò)程多相流、傳熱凝固及夾雜物運(yùn)動(dòng)捕獲的研究

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【摘要】：連鑄是一個(gè)包含流動(dòng)、傳熱、凝固等復(fù)雜傳輸現(xiàn)象的綜合過(guò)程。本研究根據(jù)連鑄機(jī)特點(diǎn),采用分段模擬的方法,分別對(duì)板坯和圓坯連鑄全過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬和相關(guān)工業(yè)試驗(yàn)研究。第一部分研究?jī)?nèi)容是建立板坯連鑄過(guò)程流場(chǎng)、傳熱凝固和磁場(chǎng)耦合計(jì)算數(shù)學(xué)模型,研究電磁制動(dòng)FC-Mold在不同磁場(chǎng)強(qiáng)度、拉速和澆鑄斷面下的冶金效果。計(jì)算結(jié)果表明,施加電磁制動(dòng)后,彎月面上漩渦的形成受到抑制,鋼液面平均溫度升高2K左右,鑄坯表面溫度在寬度方向上分布對(duì)稱(chēng),但會(huì)引起彎月面下450 mm處鑄坯角部溫度回升增大；斷面為1300 mm時(shí),電磁制動(dòng)對(duì)凝固末端及冶金長(zhǎng)度影響不明顯,但是當(dāng)拉速?gòu)?.8 m/min增大到2.0m/min時(shí),冶金長(zhǎng)度提高約2.5 m。利用平滑處理(Smoothing)和方差方法分別對(duì)現(xiàn)場(chǎng)液位波動(dòng)和熱電偶測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到當(dāng)上磁場(chǎng)強(qiáng)度為下磁場(chǎng)強(qiáng)度的一半時(shí),電磁制動(dòng)能夠使液面低頻波動(dòng)能量和溫度波動(dòng)方差降低,有利于連鑄過(guò)程的順行；結(jié)合模擬結(jié)果對(duì)施加電磁制動(dòng)后表層2 mm內(nèi)10μm夾雜物減少的原因進(jìn)行了解釋?zhuān)簭澰旅鏈囟仍礁?凝固鉤向鑄坯內(nèi)部生長(zhǎng)越不發(fā)達(dá),對(duì)上浮至鋼液面的夾雜物捕獲量少,因此鑄坯表層潔凈度得到改善；電磁制動(dòng)在改善鑄坯中總氧對(duì)稱(chēng)性方面效果顯著,且施加電磁制動(dòng)后,鑄坯總氧平均值從12.2 ppm降低到10.6 ppm。第二部分研究對(duì)象是圓坯離心連鑄,首先,研究連鑄工藝參數(shù)(水口位置、拉速和轉(zhuǎn)速)對(duì)鋼液流場(chǎng)、液面波動(dòng)、夾雜物運(yùn)動(dòng)等的影響。其計(jì)算結(jié)果表明：拉速和轉(zhuǎn)速對(duì)流場(chǎng)影響最大,其中當(dāng)拉速?gòu)?.24 m/min增大到2.54m/min后,流股沖擊深度從126 mm增大到220 mm,鋼液面氣泡卷入量從0.0003 m3增大到0.0012 m3;降低轉(zhuǎn)速可減少氣泡卷入量,當(dāng)轉(zhuǎn)速為60 rpm時(shí),流股沖擊深度最小,為120 mm；水口偏轉(zhuǎn)角度越大,夾雜物分布越分散,而拉速的規(guī)律與之相反。然后,研究旋轉(zhuǎn)形式下鑄坯傳熱和凝固的特點(diǎn),正是因?yàn)檫B鑄過(guò)程坯殼是旋轉(zhuǎn)的,才使得鑄坯表面溫度在同一高度上分布均勻,在本計(jì)算條件下,圓坯冶金長(zhǎng)度約為8.5 m；根據(jù)夾雜物尺寸并考慮凝固前沿流股的沖刷作用,確定不同粒徑的夾雜物被凝固坯殼捕獲的臨界條件,預(yù)測(cè)夾雜物在圓坯斷面上的分布情況,結(jié)果表明夾雜物粒徑越大越容易在鑄坯中心處發(fā)生聚集。最后,對(duì)離心連鑄生產(chǎn)的圓坯進(jìn)行全斷面夾雜物掃描,得到硫化類(lèi)、氧化類(lèi)和氧化-硫化類(lèi)夾雜物的分布特點(diǎn)；結(jié)合前面的凝固模擬結(jié)果解釋了氧化類(lèi)夾雜物在鑄坯斷面上分布較均勻的原因,并通過(guò)酸侵蝕實(shí)驗(yàn)得到二次枝晶間距在整個(gè)鑄坯斷面上的分布情況,計(jì)算出相應(yīng)位置在凝固過(guò)程的冷卻速率,解釋硫化類(lèi)夾雜物在鑄坯表層呈帶狀分布的原因。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TF777

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本文編號(hào)：1304201