通过枝晶间距反求薄带连铸界面热流的研究

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近些年来,作为一项低能耗、短流程、低成本的近终型技术,双辊薄带连铸受到全世界钢铁业的关注,取得了令人瞩目的进展。薄带连铸技术将连铸与轧制联系起来,简化了从钢水到热卷的生产工序,实现了铸轧一体化。在薄带连铸过程中,凝固壳与结晶辊之间界面的换热情况决定着金属熔体的凝固速度,从而影响着材料的组织性能与表面质量以及薄带连铸工艺的制定,故对界面传热的研究是十分必要的。基于热传导反算法,根据导热微分方程,推导出了在二次枝晶间距基础上计算凝固前沿的液态金属生长速率与凝固速率、凝固壳温度场、凝固壳温度梯度场以及双辊薄带连铸界面传热热流的数学解析式;并以1Cr18Ni9Ti不锈钢作为研究对象,进行了数值计算,研究了凝固前沿的液态金属生长速率与凝固速率、凝固壳温度、凝固壳温度梯度随凝固时间的变化规律,建立了双辊薄带连铸Kiss点之前的界面热流分布模型。数值计算结果表明,随着凝固时间的增加,界面热流密度呈下降趋势,且除钢液刚与结晶辊接触的极短时间内,热流密度值大小与现有研究结果106W.m-2处于同一数量级。给出了双辊薄带连铸界面热流变化的两个阶段:1、接触凝固阶段,界面密度随着时间快速下降;2、凝固壳生长阶段,随着时间延长,越靠近Kiss点,热流密度呈轻微下降趋势。此外,进一步的计算还表明,除开始极短时间外,冷却速度处于10~103K/s数量级上,双辊薄带连铸属于亚快速凝固过程,这与实际情况是一致的。
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