漏斗型结晶器内凝固坯壳的几何形变及其对薄板坯表面纵裂的影响研究

CSP薄板坯表面纵裂问题正日益引起冶金界的关注。薄板坯表面纵裂与钢种、结晶器内冷却强度、结晶器形状和锥度、拉速及过热度等因素有关。国内外大多数研究CSP薄板坯在漏斗型结晶器内的应力-应变时，未考虑漏斗区内初始凝固坯壳受结晶器壁挤压而产生的几何变形。本项目在综合考虑薄板坯表面纵裂影响因素的基础上，拟采用光塑性实验重点研究CSP薄板坯在漏斗型结晶器内的几何形变过程，计算薄板坯初始凝固坯壳由挤压形变引起的应力-应变。并对漏斗型结晶器内铸坯实体区别划分，采用有限元法建立三维热力耦合模型并运用ANSYS软件计算结晶器内连铸坯的应力-应变分布。同时，研究薄板坯初始坯壳的几何形变对总应力-应变分布的影响，进而建立CSP薄板坯表面纵裂预测方法。最后，优化结晶器设计参数，从设备和工艺的角度提出解决表面纵裂的措施。本项目的研究有助解决CSP薄板坯表面纵裂问题，也是对薄板坯连铸凝固过程研究的一项新的尝试和丰富。

薄板坯表面纵裂与钢种、结晶器内冷却强度、结晶器形状和锥度、拉速及过热度等因素有关。本项目首先研究了CSP薄板坯结晶器内钢液特性，针对不同过热度、拉速、水口形状及水口插入深度等进行深入探讨，计算得到了CSP结晶器内钢液流动的基本特征，并针对不同工况下结晶器内钢液液面波动状况进行了分析。在此基础上，深入研究结晶器内钢液传热及流动特性，结合电磁制动冶金特点，分析多种工况条件下结晶器内钢液凝固特征，针对结晶器内铸坯角部温度计算误差较大的问题，提出了角部气隙修正计算模型，分析了铸坯凝固对结晶器内钢液流动的影响。针对CSP薄板坯连铸关键技术-电磁制动，研究电磁制动装置的电/磁转换特征，详细阐述了电磁制动装置下结晶器内磁场分布规律及其对钢液传输的影响，在现有工艺条件下提出了CSP薄板坯连铸生产工艺优化参数。另外，在电磁制动冶金效果的研究过程中，针对薄板坯用结晶器的电磁制动装置提出了优化参数，设计一种新的连铸结晶器用电磁制动装置。另外，还针对漏斗型薄板坯结晶器形状特点，为了研究漏斗型曲面铜板对初始凝固坯壳的挤压力，设计并进行了光塑性实验，对不同曲面形状对结晶器内铸坯形变的影响进行了探讨。本项目的研究有助于解决CSP薄板坯表面纵裂问题，也是对薄板坯连铸凝固过程研究的一项新的尝试和丰富。本项目目前已发表/录用论文及论著9篇，其中SCI检索2篇，EI检索3篇，参与编写1部国际论著的一章，申请专利3项（发明1项、实用新型2项），取得计算机软件著作权登记1项。