不規則で大きな場の変動による局所不均一凝固組織形成の解明

阐明由于不规则和大的场波动导致的局部异质凝固结构的形成

• 批准号: 17656244
• 负责人: 鈴木 俊夫
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17656244/
• 关键词: 連続鋳造; 凝固欠陥; 数値解析; 場の変動

連鋳鋳片の典型的凝固欠陥は、凝固関連技術の発達により現在はほぼ抑制可能となっている。しかし、局所的な中心偏析やブリッジングなどに起因する低頻度凝固欠陥の予測・制御方法はもとより、その成因理解もさほど進んでいない。連鋳鋳片の低頻度凝固欠陥生成には、溶鋼流動、バルジング、湯面変動などが複雑に作用しており、これらの要因を個別に評価することはきわめて困難である。そこで本研究では、低頻度凝固欠陥は不規則で大きな場の変動に起因するとの仮定の下に、多数の条件下で数値解析を行い、低頻度凝固欠陥の成因を解明することを目的とした。本年度には、厚み100mm、200mmの鋳片が鋳造速度1m/minで鋳造される状況を想定し、鋳片厚の1/4あるいは3/4が凝固した時点(2条件)で、溶鋼凝固潜熱にして0.02〜0.2の熱量変動(10条件)が生じた際について、熱変動発生領域幅を10mm180mm変え、合計400条件についての解析を行った。解析結果より、熱変動発生部における凝固遅れをパラメータとし形成凝固組織の不均一度を定義し、熱変動量-熱変動領域幅を軸とした平面状に不均一度を整理した。この単純な整理では、熱変動量の増加、熱変動領域幅の減少につれ著しく凝固不均一度が増大する結果となった。そこで、熱変動量およびその領域幅の出現頻度は統計力学的確率により与えられるとし、各状態に指数関数分布確率を乗じることによる不均一度の確率分布を求めた。その結果、低い熱変動量によって発生領域幅が小さければ大きな不均一度となることが示された。これらは、学振製鋼19委員会における討議の結果、現場の経験とも一致するところも多く、今後も検討すべき課題と認識された。

由于凝固相关技术的发展，现在可以在很大程度上抑制连铸板坯中的典型凝固缺陷。然而，不仅预测和控制由局部中心偏析和桥连引起的低频凝固缺陷的方法，而且对其起源的理解还没有取得太大进展。钢水流动、鼓胀、液位波动等因素对连铸板坯偶发凝固缺陷的形成起着复杂的作用，单独评价这些因素极其困难。因此，本研究假设低频凝固缺陷是由不规则且大的场波动引起的，在多种条件下进行数值分析，旨在阐明低频凝固缺陷的根源。本财年，假设以1m/min的拉速浇铸厚度为100mm和200mm的板坯的情况，钢水凝固潜热为热波动0.02～0.2时（10个条件） ）发生时，热波动区域的宽度改变10mm至180mm，总共分析了400个条件。根据分析结果，我们以热波动发生区域的凝固延迟作为参数来定义所形成的凝固组织的不均匀程度，并将不均匀程度组织在以热波动量-热波动轴为轴的平面内区域宽度。随着热波动量的增加和热波动区域宽度的减小，这种简单的布置导致凝固不均匀性显着增加。因此，假设热波动量的出现频率及其区域宽度由统计机械概率给出，我们通过将每个状态乘以指数分布概率来计算不均匀程度的概率分布。结果表明，由于热波动量越小，生成区域的宽度越小，不均匀性越大。经过JSPS 19委员会的讨论，其中许多观点与现场经验相符，并被认为是未来应该考虑的问题。