连铸三维宏观传输模型-枝晶凝固微观特性的耦合研究

摘要

本文在所建立的连铸三维宏观传输数学模型中,对枝晶凝固微观结构参数的影响效果进行了充分地耦合研究,包括:枝晶臂间距,枝晶凝固模式和糊状区渗透特性.宏观模型中,采用微观偏析半解析模型来对浇铸钢种的非平衡凝固路径进行近似确定,其中枝晶臂间距是重要的影响参数,即所谓的一次枝晶臂间距和二次枝晶臂间距,必须考虑后者随凝固过程的变化情况;连铸凝固过程中,两相糊状区的渗透特性对于铸坯的流场以及温度场和溶质浓度场具有重要的影响作用,模型中采用复合理论方法来对其加以了描述,即根据临界的固相分数值将糊状区分别视为非牛顿半固相流体和多孔介质;在确定多孔介质的渗透率时,考虑了枝晶凝固模式的影响效果,等轴晶区对应于各向同性渗透率,柱状晶区则对应于各向异性渗透率.采用该连铸三维耦合模型,并结合早前建立的连铸二维传热模型,针对某钢厂方坯连铸机进行了复合数值模拟研究,研究成果已投入到铸机的实际生产运行中.工厂现场的生产状况表明,数值仿真结果具有较好的合理性和实用性,说明该三维耦合模型具有良好的仿真精度,可广泛应用于实际连铸过程的数值仿真研究中.