动态组合磁场调控特种钢连铸过程中跨二冷区流动行为及溶质分布的机理研究

Nowadays ordinary steel does have serious excess capacity, but the quality of the high value-added special steel can not meet the market requirements. For the solute in special steel is far more than that in the common ones, then the flow in continuous casting varies and fluctuates, the defect caused by uneven solute distribution cannot be solved by the traditional techniques. Therefore, it is urgent to adopt a valid method to control solute distribution and solidification quality in C.C.. The zone from the outlet of the mold to the front of the second cooling zone (span second cooling zone), in which temperature and solute distribution and flow change rapidly, is the crucial zone to control solute distribution. It is valid and vital to solve the solute distribution in special steel by bulk flow, interdendritic flow, flow in solid-liquid front, which is controlled and generated by electromagnetic field. So the project does carry out span second cooling zone electromagnetic field (SSEMS) to control the flow behavior above in dynamic response model. By model alloy experiment and calculation simulation, we predict how flow influence the solute distribution and solidification structure and clarify the rule of electromagnetic field and Lorentz force; We reveal the mechanism of solute distribution control by flow which is generated by electromagnetic field using Pb-Sn alloy solidification experiment. The project expands the application prospect of electromagnetic hydromechanics for solute distribution control, provides the theories on dynamic response SSEMS C.C. technology.

目前国内普钢产能过剩，但特种钢的生产却无法满足市场需求。由于特种钢中溶质含量远超普碳钢，连铸过程中流动情况也随之变化，采用常规工艺很难解决由溶质分布不均造成的缺陷，因此亟需采用新的方法控制特种钢连铸过程中的溶质分布和最终凝固质量。结晶器出口到二冷区前端(跨二冷区)，是温度、溶质分布及流速急剧变化的区域，即控制溶质分布的关键区域。而通过电磁场调控该区域液相的主流流动、枝晶间及固液前沿的流动，是解决特种钢溶质分布问题的最有效途径之一。为此本项目在跨二冷区施加动态响应电磁场调控上述流动行为，并通过模型合金实验和数值模拟，预测该区域流速对溶质分布及最终凝固组织的影响规律；明确该区域电磁场和洛伦兹力的分布规律；通过Pb-Sn合金电磁连铸实验，阐明利用电磁力调控流速进而调控溶质分布的机理。本研究将拓展电磁流体力学在溶质分布控制方面的应用前景，为跨二冷区动态电磁场连铸过程技术发展提供理论依据。

目前国内普钢产能过剩，但特种钢的生产却无法满足市场需求。由于特种钢中溶质含量远超普碳钢，连铸过程中流动情况也随之变化，采用常规工艺很难解决由溶质分布不均造成连铸的冶金缺陷，因此亟需采用新的方法控制特种钢连铸过程中的流动行为及传热传质过程获得最终良好的凝固质量。结晶器出口到二冷区前端(跨二冷区)，是温度、溶质分布及流速急剧变化的区域，即控制流动行为及传热传质过程的关键区域。而通过电磁场调控该区域液相的主流流动、枝晶间及固液前沿的流动，是解决特种钢流动行为及传热传质过程问题的最有效途径之一。为此本项目在跨二冷区施加动态响应电磁场调控上述流动行为，并通过模型合金实验和数值模拟，完成了跨二冷区组合电磁场的测量和理论计算及模拟研究，分析了电磁场控制凝固过程的机理，预测该区域流速对流动行为及传热传质过程及最终凝固组织的影响规律；明确该区域电磁场和洛伦兹力的分布规律，了解和掌握电磁场如何影响流速规律；完成了原位观察透明合金流动下的速度分布和组织演变过程，获得在不同流速下组织形貌演变过程，直观给出基本规律的表征特点。通过Pb-Sn-Bi合金电磁连铸实验以及电磁场下钢铸造热模实验，阐明利用电磁力调控流速进而调控流动行为及传热传质过程的机理。并通过钢的铸造实验，分析实际工艺中可能的最优搅拌位置，本研究将拓展电磁流体力学在组织形貌控制方面的应用前景，为跨二冷区动态电磁场连铸过程技术发展提供理论依据。