大方坯连铸凝固传热和偏析数值模拟研究

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在连铸过程中,凝固传热和元素的溶质偏析对铸坯的质量有着重要的影响,而这些因素通常在实际的生产中无法直接通过测量获得。因此,运用计算机数值模拟技术结合现场实际,对连铸坯凝固传热和偏析进行研究,分析影响连铸坯质量的工艺参数,并进行人为的控制调整,从而实现连铸生产工艺的最优控制。  本文针对某钢厂高铬合金钢大方坯连铸生产中,存在着中心裂纹、疏松、缩孔等问题,以及确定动态轻压下位置时,需要确定液芯长度、坯壳厚度等在现场中无法实际测量的工艺参数等情况。开发了大方坯凝固传热和偏析数值模拟软件。凝固传热软件采用二维非稳态导热方程为传热模型,使用有限差分法对传热模型进行离散。偏析模拟软件采用宏/微观统一的偏析模型,即修正的谢尔方程,耦合了热传导方程,采用半解析方法对此方程进行离散。软件编程语言选择VC++,数据库选择SQL Server,图型显示应用Teechart控件。此软件模拟了温度场分布、坯壳厚度、固相率、液芯长度及C偏析程度等。在图形显示时可以局部放大,可使结果更加精确。软件操作简便,并具有良好的可扩展性。  本软件对T91和L80-13Cr钢的凝固传热和偏析进行了数值模拟,采用红外测温仪采集现场温度数据,与软件模拟值进行比较,误差很小,说明此软件模拟精确。通过软件分析,表明拉速、浇注温度对铸坯温度场的影响较大,二冷配水量对铸坯温度场的分布有一定的影响,拉速对C浓度分布的影响较大。结合现场实际,并考虑生产效率,对上述两个钢种提出了合理的工艺参数。
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