大型鋼錠凝固過程中宏觀偏析預測算法研究.pdf

1、工業(yè)生產中，大型鍛件質量的好壞與鋼錠的質量密切相關，尤其是鋼錠內部溶質成分的分布，可以直接影響到鋼錠的使用性能，而宏觀偏析缺陷又難以通過后續(xù)的軋鋼工藝等過程來消除。要獲得鍛造所需的優(yōu)質鋼錠，就必須對鋼錠凝固過程中的溶質分布規(guī)律進行預測和控制。鋼錠凝固是在鑄型內的高溫狀態(tài)下進行的，難以直接觀察和檢測。在大多數情況下，采用現場實驗及實物研究非常困難。
　　本文以大型鋼錠的凝固過程中的碳偏析為研究對象，通過建立鋼錠凝固模型并利用proc

2、ast軟件對其凝固過程的溫度場進行了模擬。本文利用濃化時間法預測了計算模型中偏析產生可能性較大的部位。在濃化時間法的基礎上，發(fā)展了改進的濃化時間法預測鋼錠的頭部正偏析，對模型計算的結果表明，改進的濃化時間法設計思想清晰，計算簡便、計算速度快，并能夠模擬出鋼錠凝固過程中溶質的富集過程。在進一步的探討偏析過程的物理本質的基礎上又分別利用了溶質分配規(guī)律、沉降規(guī)律、倒V型偏析的發(fā)生規(guī)律等計算了溶質分布、沉積錐和倒V型偏析。
　　主要研究結

3、果如下：
　　①對大型鋼錠凝固過程溫度場進行了模擬計算。本文利用procast軟件，對現場實際生產過程中的600T大型鋼錠的凝固過程進行了模擬計算。計算結果表明，其凝固過程能夠滿足現在實際生產過程的工藝條件。并在此基礎上，實現了對溫度場數據的導出。
　?、诶脻饣瘯r間法對各部位的濃化時間進行了計算。計算結果表明，冒口中央部位附近經歷的濃化時間較長，出現偏析的可能性較大，這是宏觀偏析中的通道偏析、頭部正偏析以及枝晶沉降等因素共

4、同導致的結果。
　　③利用改進的濃化時間法對凝固模型進行了計算，計算結果表明，改進的濃化時間法能夠模擬出大型鋼錠凝固過程中溶質富集的實際過程，且計算簡便、計算速度快。
　?、芡ㄟ^對溶質分配規(guī)律的分析，利用溶質分配規(guī)律的物理過程，總結出代數方程數學模型對大型鋼錠凝固過程中溶質分布進行計算。計算過程表明，代數方程數學模型可以簡化微分方程數學模型在數值計算中離散化的步驟。計算結果表明，隨著時刻的增加，濃化液逐步向鋼錠頭部附近富集，

5、每一輪的溶質分配過程都會引起液相平均濃度的升高，凝固的固相濃度也隨凝固時間的增加逐步升高。
　?、輰︿撳V凝固過程中枝晶的沉降規(guī)律進行了研究，總結出預測鋼錠底部負偏析沉積錐的計算方法。計算結果表明，在考慮枝晶沉降影響因素的條件下，將在鋼錠底部出現負偏析的沉積錐。而如果將溶質分配因素與沉降因素共同考慮，將使得鋼錠在底部負偏析沉積錐作用的影響下，錠身濃度增加，但對鋼錠頭部正偏析的影響不如錠身明顯。
　?、掬撳V凝固過程中產生的倒V型