论文摘要
随着我国机械、化工、电力工业的快速发展,对大型厚板类产品的需求日益增多,对其产品质量的要求也更加严格。生产厚板和特厚板的坯料包括模铸扁钢锭、锻压坯、初轧板坯及连铸板坯等,采用初轧板坯生产特厚板整个流程项目投资大、能耗高、金属综合成材率低,而连铸板坯受到规格、单重及压缩比的限制,因此模铸在生产大型扁钢锭作为特殊钢板和特厚板坯料上有重要地位。而水冷模铸具有冷却强度大、凝固速率快、凝固组织好、生产效率高等质量、成本和效率等多重优势,近年来逐渐受到重视,国内南京钢铁、营口中板等企业建立了水冷模铸设备用以生产模铸板坯锭。但从设计之初到现在由于缺乏浇注、凝固控制等系统工艺理论为其技术支撑,至今仍未实现连续、稳定地批量生产。本文以国内某中板企业生产的水冷扁锭为原型,探索利用水冷模铸和连铸板坯轻压下原理生产大型板坯锭的水冷模铸扁锭轻压下新工艺。对水冷模铸的凝固过程进行模拟,研究铸锭与铸模间气隙形成规律及气隙对铸锭凝固过程的影响,为凝固过程无气隙压下提供理论依据。研究铸锭固液界面推进过程为凝固末期液芯压下提供理论支持,并模拟凝固末期轻压下对铸锭中心疏松缩孔的影响情况,以及对生产工艺参数进行探究。本文对2300 mmx2000 mm×500 mm尺寸水冷模铸扁锭的充型及凝固进行模拟研究,研究结果如下：（1）当浇注速度过小时,充型过程十分平缓,液面上升平稳,但会在直浇道处产生分流现象,导致钢液卷气；当浇注速度过大时,虽消除了分流现象,但充型过程中会引起钢液喷溅,液面波动较大导致卷渣现象的产生。因此在模拟条件范围内最适宜的浇注速度为0.7 m/s。（2）随着浇注温度的升高,铸锭凝固组织的柱状晶越来越发达,且一次缩孔深度也随之增大。因此,在满足顺利浇注的前提下应尽量降低浇注温度,浇注温度为1530℃C较为适宜。（3）当铸模四壁与底盘水冷强度相同时,凝固末期会产生枝晶“搭桥”现象,产生中心疏松缩孔。增大铸模四壁与底盘冷却强度差异,并对铸铁锭模四壁自下往上逐渐降低水冷强度可以有效地消除小中心缩孔现象。（4）在凝固开始很短一段时间内铸锭坯壳与铸模之间开始形成气隙,凝固75～100 s后气隙宽度达到0.2～0.5mm,开始对凝固过程传热产生显著的影响,铸锭表面节点温度下降速率明显减小。凝固结束时铸锭窄面表面气隙宽度较大,且两个窄面表面气隙宽度各异,靠近浇道一侧窄面气隙宽度为12～20 mm,远离浇道一侧窄面气隙宽度为4-13mm。宽面表面气隙宽度较小,最大约6.5 mm。铸锭坯壳与铸模间形成气隙使铸锭完全凝固的时间延长了约50%。（5）对铸锭宽面表面施加压下量能明显的消除铸锭的中心疏松缩孔现象,在本文模拟条件下压下量为4 mm时较为适宜。