T91钢连铸过程的传热模拟及凝固特性的研究

摘要

连铸是冶金生产流程的重要环节之一，铸坯的质量备受人们关注。中心裂纹和缩孔等缺陷是铸坯中的常见缺陷，直接影响着铸坯的质量。而中心裂纹和缩孔与钢的凝固特性密切相关，因此研究钢的凝固特性对铸坯质量的提高具有重要意义。
　　 本文以大方坯连铸生产工艺研究项目为背景，选择高铬合金钢作为研究对象（以T91钢为典型钢种），主要进行了T91钢凝固特性的研究和凝固传热的数值模拟。
　　 在凝固特性的研究中，对T91钢的成分与组织、温度区间与相变点、流动性、体收缩、线收缩和膨胀性能等几方面性质进行了测定和分析。研究发现T91钢为裂纹敏感性较高的钢种；流动性较差，体收缩和线收缩量较大；降温过程中，在924℃附近的区域存在相变，矫直段应避开上述温度区域，防止出现表面缺陷。
　　 为本课题组开发的凝固传热软件所需参数进行测定和选取，参与软件的调试；利用红外测温仪测定铸坯表面温度，将测定的数据与本课题组开发的凝固传热模拟软件模拟的数据进行比较，吻合性较好，说明该软件准确性较高。在此基础上，分析了拉速、浇注温度、冷却制度对铸坯温度分布和坯壳厚度的影响。通过模拟得出：拉速增加，铸坯表面和心部温度升高，凝固末端增长；较低的拉速，在矫直段使铸坯表面温度处于脆性温度区，易产生裂纹。合理降低过热度，可以提高铸坯出结晶器时的坯壳厚度，降低铸坯在截面上的温度梯度，减小柱状晶区，提高铸坯质量。若采用动态轻压下，建议适当降低浇注温度，提高拉速。
　　 现场的试制的结果，与通过实验室试验和软件模拟分析出的结果相吻合。根据试制中取得的成果和产生的问题，利用实验和模拟得出的结论进行分析，提出建议。