高合金特殊钢立式连铸坯热应力及组织模拟研究

Vertical continuous casting is the main process to produce high-alloy steel. However, due to the rigorous technical blockade, China is still in the exploratory stage, and the current production line has been seriously persecuted by lower product rate and slab cracks. In order to reduce the defects of vertical continuous casting slab in the high-alloy special steel, the whole slab is established as the research object. And the commercial software and self develop software are used to analyze the influence of the liquid steel flow and the temperature varying on the thickness of the shell. Based on these data, systematically research the the tundish metallurgy, mold and secondary cooling zone control,casting solidification process optimization and electromagnetic stirring, etc.,and expect to get the situation of thermal stress and microstructure growth affect on the slab defects.By analyzing the experimental simulation systems, thermal simulation and field sampling results to assess the quality of the slab under different conditions, and optimized cooling system to get a reasonable continuous casting process parameters to reduce the thermal cracks of the invertical continuous casting of special high-alloy steel slab.

立式连铸是生产高合金钢的主要生产工艺，但由于技术封锁，我国仍处于工艺摸索阶段，且目前生产线一直存在着成材率低及铸坯裂纹等严重缺陷。基于此，本项目以减少立式连铸高合金特殊钢板坯缺陷为目标，把整个全连铸坯做为研究对象，建立三维模型，采用商业软件与自编软件相结合的方式，充分考虑钢液流动对温度场及坯壳生长的扰动，在此基础上对连铸中间包内冶金、结晶器及二冷区控制、连铸工艺优化和凝固末端电磁搅拌等几个方面开展研究，以期得出铸坯应力分布及组织生长情况对铸坯缺陷的影响。通过系统分析实验模拟、热模拟及现场采样研究结果，评估不同工况条件下铸坯质量，优化得出合理的冷却制度及连铸工艺参数，提高高合金特殊钢立式连铸产品成材率，提升我国重大战略材料的供应能力。

本项目针对研究既定目标，利用水模拟、数值模拟、热模拟及对实际铸坯的组织和夹杂物分析等方法和手段，从连铸过程中流动、传热、组织形成、热应力分布等方面对连铸凝固过程进行全面的分析，圆满的完成了项目研究工作。其中，水模拟进行了中间包、结晶器内的钢液流动、卷渣及夹杂物去除等方面的研究，同时利用自主研制的旋转水模拟平台进行钢液流动对组织生长影响的研究工作；热模拟进行了连铸坯组织生长过程的实验室模拟，且通过摆动坩埚及控制温度梯度的方式研究了流动对组织生长的影响；数值模拟通过改变通钢量、过热度、冷却条件等参数对中间包控流控件的设计、结晶器水口、钢液流动状态、温度场分布、组织生长及热应力分布进行了全面模拟研究，得出不同工艺下其变化规律；对现场铸坯进行解剖，分析其组织变化规律，并对其夹杂物形态、成分进行分析讨论。.项目对高合金特殊钢板坯连铸过程工艺参数、中间包内的控流装置、结晶器浸入式水口和冷却制度对卷渣、夹杂物、组织生长、热应力分布等方面的影响进行了研究。讨论了特殊钢立式连铸热裂纹和夹杂等缺陷形成的机理，提出了控制和改善特钢立式连铸铸坯质量的条件和措施，为减少连铸坯缺陷，提高生产率，加快我国立式连铸高合金钢产业化进程提供理论依据和指导。