连铸坯凝固末端轻压下过程溶质偏析行为及压下区间参数研究

连铸坯凝固末端动态轻压下技术是改善铸坯中心偏析与疏松的有效手段。合理的压下位置选取是充分发挥其工艺效果的必要条件，但目前仍缺乏在此方面的理论研究和指导。本研究拟采用数值模拟、物理模拟和现场试验研究方法，深入研究轻压下过程中的微观溶质偏析机理，建立宏观坯壳变形、凝固传热、传质、传动量与微观凝固组织演变、微观溶质偏析耦合计算模型，研究分析轻压下对凝固前沿溶质偏析元素的挤压排出作用及这一过程中枝晶生长、变形及断裂重熔行为对溶质再分配的影响规律，揭示轻压下过程中溶质偏析对连铸坯临界断裂应力、应变的影响规律，并建立轻压下压下区间参数理论计算方法。此外，对轻压下作用所引起的溶质再分配对固相、液相凝固温度的影响规律进行研究，建立非平衡态固、液相凝固终点在线预测模型，并将其与宏观热跟踪模型相互耦合，以实现轻压下过程中凝固末端的高精准度预测。通过上述两方面的研究，最终实现轻压下压下位置的准确在线预测。

连铸坯凝固末端动态轻压下技术是改善铸坯中心偏析与疏松的有效手段，但由于缺乏对轻压下实施对溶质偏析影响的研究，大多仍依靠工业试验法确定压下区间参数。由于连铸过程的复杂性和生产条件的差异，一直未形成可直接用于指导新建铸机或新钢种的压下区间参数设计方法。深入研究枝晶生长过程溶质偏析行为，建立压下参数理论模型建立，准确描述凝固末端位置与形貌是充分发挥轻压下工艺效果的关键所在，具有重要的现实意义和实用价值。.本项目建立了考虑MnS夹杂物析出的枝晶生长过程溶质偏析计算模型，分析了典型钢种连铸固液两相区内溶质微观偏析行为及MnS析出对钢凝固进程的影响；采用多相混合体系加权求和的思想，计算了典型钢种两相区凝固过程物性参数。研究表明，钢中S元素偏析最为严重，初始S含量增加基本不影响液相线和ZST变化，但随S含量增加，固相线温度和ZDT逐渐降低。.建立了微观溶质偏析计算与宏观凝固传热耦合计算模型，将结晶器渣道热流计算结果和实测喷嘴水流密度分布引入边界条件计算过程，并建立了基于红外热成像的铸坯表面对流换热系数的反算模型提高了边界条件选取的准确性。.建立了轻压下压下区间参数理论计算模型，以中高碳合金钢大方坯连铸生产过程为例，研究分析了轻压下对铸坯两相区富含溶质元素的钢液被挤压排出的影响规律，研究表明两相区内各元素宏观偏析率均先减小后增大，对于不同的溶质元素，其极小值出现的位置不尽相同，钢中各元素的最佳轻压下位置满足如下关系(fs=0.70)=C<Cr<Mn<Si<P<S=(fs=0.92)。基于轻压下的凝固补缩机理，建立了轻压下压下量理论计算模型，分析了典型钢种的压下量及分配，研究结果表明随拉速增加，参与压下的拉矫机增加，但所需的坯壳变形量降低，压下总量随之降低；随碳含量和合金含量降低，连铸坯所需压下总量降低。.以包晶钢宽厚板连铸过程为例，研究分析了二冷水流密度横向分布不均匀引起的宽厚板连铸坯非均匀凝固行为，研究表明铸坯宽向1/8位置的液芯长度明显超过铸坯宽向1/2处，对于2100mm宽板坯，拉速每升高0.1m/min，横向1/2、1/8和整个宽度方向决定的轻压下区间长度分别增长了0.24m、0.23m和 0.51m。.上述研究成果在大方坯和宽厚板连铸生产过程应用后，生产连铸坯中心偏析与疏松均得到了明显改善。