发布时间 : 星期一 文章宽厚板坯凝固微观组织的研究 - 图文更新完毕开始阅读9392170e168884868662d606
东北大学毕业设计（论文） 第1章 绪 论
x—笛卡尔坐标，mm。
材料常数an和指数bn取决于钢种成分。根据文献，本文对这些相关参数总结如下，见表1.2-1.9[29,32,34,39,44,45-57]。
表1.2联系二次枝晶臂间距与冷却速率之间参数a1和b1的总结[43]
合金钢
1[44] 2[44] 3[39] 4[39] 5[39] 6[39] 7[35] 8[35] 9[44] 10[47] 11[45] 12[50]
%C 0.62 0.11-1.01 0.471 0-0.53 0.62 0.52 0.04-0.51 0.55 0.60
%Mn - - 0.73 - 0.58 0.56 2.0 2.30 1.10
%P - - - - - - 0.006 0.003 0.02 - <0.026 -
%S - - 0.0006 0.0006 <0.0185 - 0.0730 0.0460 0.0050 0.3900 <0.038 - 不锈钢 %S - -
%Si - - 0.24-0.30 0.37 0.27-0.53
- 0.12 0.10 0.01 - -
%Al - - - - - - 0.049 0.037 - - -
a1 92 104 213 181 84 148 63.3 63.6 143 168 150.3 107.2
b1 0.42 0.38 0.32 0.35 0.45 0.38 1/3 1/3 0.41 0.43 0.39 0.44
0.55-0.56 0.75-0.85 0.14-0.20 1.35-1.71
0.55-0.56 2.03-2.39 0.01-0.07 0.03-0.09
13[50] 14[50] 15[53]
%C 0.60 0.03 -
%Mn 10.0 - -
%P - - -
%Si - -
%Al - - -
a1 43.7 38.0 68
b1 0.44 0.44 0.45
16[53] 17[51] 18[51] 19[51] 20[51] 21[51] 22[51]
%C - 0.76 0.83 0.74 0.81 0.95 0.94
%P - - - - - - -
%Cr - 4.07 4.43 4.48 4.17 3.97 3.52
- - 高拉速钢 %Ni %W - - - - - - -
- 17.82 8.98 8.87 6.84 3.05 1.84
%Mo - 0.31 0.96 0.87 5.04 4.62 8.60
a1 35 30.6 47.4 30.6-47.4 30.6-47.4 30.6-47.4 30.6-47.4
b1 0.45 0,34 0.38 0.34-0.38 0.34-0.38 0.34-0.38 0.34-0.38
1[45]
2[50]
表1.3 联系二次枝晶臂间距与局部凝固时间之间参数a2和b2的总结[43]
合金钢
%C %Mn %P %S %Si %Al %Cr %Ni a2 b2 0.55-0.6 2.03-2.39 <0.026 <0.038 0.01-0.07 0.03-0.09 <0.01 <0.01 29.5 0.39 0.60 1.10 - - - - - - 15.85 0.44
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东北大学毕业设计（论文） 第1章 绪 论 3[32] 4[32] 5[57] 6[57] 7[57] 8[57] 9[57] 10[55] 11[55] 12[55] 13[29] 14[29]
1.48 1.14 0.59 1.10 0.09 1.36 0.15 1.44 0.59 1.10 1.48 1.14 0.63 24.9 0.55-0.56 0.75-0.85 0.471 0.73 0.14-0.20 1.35-1.71 0.64 27.7 0.59 1.10 %C 0.60 0.03 0.68 0.63 0.68 - -
%Mn 10.0 - - - - - -
0.01 0.009 - - - - - - - - 0.007 0.009 %P - - - - - - -
0.002 0.03 0.005 0.03 - - - - - - - - - - 0.0006 0.24-0.30 0.0006 0.37 <0.0185 0.27-0.53 0.013 0.04 0.005 0.03
不锈钢 %S - - - - - - -
0.20 0.04 - - - - - - - - 0.08 0.04
- - - - - - - - - - - -
- - - - - - - - - - - -
7.16 15.8 28 16.8 15.8 7.2 5.8 52 40 15 5.8 158
0.50 0.44 0.51 0.43 0.44 0.50 0.44 0.32 0.35 0.46 0.44 0.44
%Si %Al %Cr %Ni a2 b2
15[50] - - - 15.0 5.75 0.44 16[50] - - 18.00 9.0 6.76 0.44 17[57] - - 28.3 - 5.2 0.39 18[29] - - - 14.9 5.8 0.44 19[29] - - 28.3 - 5.2 0.39 20[52] - - - - 56 2/3 21[46] - - 6.00 - 4.0 0.65
高拉速钢
[51]22 - - - - - - - - 5 0.38
表1.4 联系二次枝晶臂间距与枝晶生长速率、温度梯度之间参数a3、b3和c3的总结[43]
合金钢
%C %Mn %P %S %Si %Al a3 b3 c3 [35]1 0.62 0.58 0.006 0.073 0.12 0.049 63.3 1/3 1/3 [35]2 0.52 0.56 0.003 0.046 0.10 0.037 63.6 1/3 1/3 [32]3 1.48 1.14 0.01 0.002 0.03 0.20 11200 0.41 0.51 [32]4 0.59 1.10 0.009 0.005 0.03 0.04 17400 0.49 0.51 [57]5 0.09 1.36 - - - - 148.7 0.43 0.51 [57]6 0.15 1.44 - - - - 64.5 0.43 0.40 [57]7 0.59 1.10 - - - - 150.0 0.41 0.51 [57]8 1.48 1.14 - - - - 100.0 0.49 0.51 [57]9 0.63 24.9 - - - - 36.0 0.41 0.37 [29]10 0.64 27.7 0.007 0.013 0.042 0.075 170 0.57 0.36 [54]11 0.18 1.43 0.02 0.005 0.35 0.027 870 0.14 0.50 [35]
12 0.52-0.62 0.56-0.58 <0.006 <0.073 0.10-0.12 0.037-0.049 870 0.14 0.50
不锈钢
[57]13 0.68 - - - - - 32.0 0.41 0.37 14[29] 0.63 - - - - - 36 0.41 0.37
表1.5 联系二次枝晶臂间距与铸坯位置之间参数a4和b4的总结[43]
合金钢
%C %Mn %P %S %Si %Al %Cr %Ni a4 b4 1[50] 0.60 1.10 - - - - - - 30.90 0.44 [55]
2 0.55-0.56 0.75-0.85 - 0.0006 0.24-0.30 - - - 54 0.44
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东北大学毕业设计（论文） 第1章 绪 论 3[55] 4[55] 5[54] 6[56] 7[48] 8[49] 9[50] 10[50]
0.47 0.73 0.14-0.20 1.35-1.71 0.18 1.43 0.67 - 0.12-0.16 0.6-1.5 0.15-0.16 - 0.60 0.03
10.0 -
- - 0.02 - 0.02 - - -
0.0006 0.37 <0.0185 0.27-0.53 0.005 0.35 - - 0.02 0.2-0.5 - -
不锈钢 - - - -
- - 0.027 - - - - -
- - - - - - - 18.00
- - - - - - 15.0 9.0
43 12 18 23.6 63 104 12.59 10.97
0.47 0.65 0.64 0.533 0.39 0.24 0.44 0.44
1.5 本论文的研究内容及意义
本论文是针对国内某钢厂Q345钢宽厚板坯连铸过程，首先，建立板坯连铸凝固传热数学模型，采用ANSYS有限元分析软件，计算铸坯的一次枝晶臂间距λ1和二次枝晶臂间距λ2。其次，通过现场取样，做枝晶显示实验，将模型计算结果与实验结果进行比较分析，验证模型的有效性，并在此基础上研究二冷参数对Q345宽厚板坯凝固组织的影响。最后，在现场对Q345钢宽厚板坯进行应用。因此主要研究内容包括：
(1) 建立某钢厂Q345钢宽厚板坯二维凝固传热数学模型。
(2) 利用ANSYS软件，计算Q345钢宽厚板坯铸坯的一次枝晶臂间距λ1和二次枝晶臂间距λ2。
(3) 现场取样，做枝晶显示实验，将实验结果与模型计算结果比较，验证模型的有效性，优化模型参数，提出符合Q345宽厚板坯凝固微观组织特征参数的经验分析模型。
(4) 采用获得的Q345宽厚板坯凝固微观组织特征参数经验分析模型，分析连铸二冷工艺参数对宽厚板坯凝固组织的影响。
由于良好的二冷模式具有以下特点：有助于铸坯内部质量乃至表面质量的提高、能延长二次冷却区设备的使用寿命、用水量少、满足生产效率的要求等优点。所以本研究的目的在于分析此Q345钢宽厚板坯在连铸过程中二冷条件对铸坯凝固组织的影响。通过分析这些影响规律，本文为Q345宽厚板坯连铸二冷工艺的优化设计提供理论基础。
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东北大学毕业设计（论文） 第2章 连铸二冷凝固传热数学模型的建立
第2章 连铸二冷凝固传热数学模型的建立
2.1 研究对象
本文以某钢厂Q345钢宽厚板坯连铸过程为研究对象，采用ANSYS有限元分析软件，建立板坯凝固传热数学模型，计算铸坯的一次枝晶臂间距λ1和二次枝晶臂间距λ2。并且通过现场取样，做枝晶显示实验，将模型计算结果与实验结果进行比较分析，验证模型的有效性，并在此基础上研究二冷参数对Q345宽厚板坯的凝固组织的影响。Q345钢主要元素及含量如表2.1所示。
表2.1 Q345钢种主要成分，wt% Si Mn P 0.2343 0.8804 0.0178
C 0.1839 S 0.0089
板坯断面尺寸为1830×230 mm，其结晶器总高度和有效高度分别为900 mm和800 mm。板坯连铸机总长度为30 m，其二冷区包括8个喷水冷却区(总长度19.986 m)和1个空冷区（长度6.223 m），见表2.2。本文考察拉速为1.1 m·min-1、过热度25℃和比水量0.13 L·kg-1条件下铸坯的一次枝晶臂间距λ1和二次枝晶臂间距λ2。各冷却区对应的比水量如表2.2所示。
表2.2 Q345宽厚坯连铸各区冷却长度和水量 该段 喷淋区 喷淋区长度范围，m
长度，m 面积，m2
0.80-1.056 1.056-1.956 1.956-3.048 3.048-4.719 4.719-6.519 6.519-10.503 10.503-16.673 16.673-20.786
0.256 0.9 1.092 1.671 1.8 3.984 6.17 4.113
0.937 3.294 3.997 6.116 6.588 14.581 22.582 15.054
区 1 2 3 4 5 6 7 8
冷却水流量，L·min-1
121 523.5 474 412 114.5 115.5 80 33
图2.1是板坯连铸机的简图。由于板坯断面较大，需要很强的冷却条件，所以板坯二冷段的喷嘴较多。二次冷却一般在弧形段内对离开结晶器的铸坯首先进行喷水冷却，再进行气-水雾化喷淋冷却，最后铸坯进入空冷段进行空冷。为了保证均匀冷却，板坯上下都有喷嘴，各冷却区喷嘴数量不同（如图2.2所示）。
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