东北大学毕业设计（论文） 第3章 结果与讨论

CC, CC?0-0.15?n??0.316225?2.0325 (3.3) ??CC, CC?0.15-1.0?n?0.0189?0.491666本文研究钢种碳百分含量为0.1839，故

n??0.0189?0.491666?0.1839?0.109317377 (3.4)

于是式（3.1）改写成：

?0.206277638λ1?278.748?CR?CC?0.109317377 (3.5)

将表3.4中数据代入公式(3.5)，计算出各验证点的一次枝晶臂间距λ1，再与实测结果比较，如下表所示

表3.5 实测λ1与模型计算λ1比较

λ1\\验证点 计算λ1/μm 实测λ1/μm 绝对误差

1 439.4 610 27.97%

2 380.9 461.4 17.45%

3 356.9 397.9 10.30%

4 411.8 517.9 20.49%

5 387.0 438.9 11.83%

6 362.1 393.7 8.03%

3.1.2.2 二次枝晶臂间距

二次枝晶臂间距λ2是建立凝固条件和微观组织的重要特征参数。目前已有一些文献对于钢凝固的二次枝晶臂间距λ2进行了研究[43]。

El-Bealy & Thomas依据碳含量的取值范围分别采用冷却速度CR和局部凝固时间tf来对二次枝晶臂间距λ2进行计算[39]：

?0.38??λ2?148CR, CC?0?0.53 (3.6) ?(0.4?0.08C)λ?(21.52764?9.4C)?t, C?0.53?CfC?2本文研究钢种碳百分含量为0.1839，故

?0.38 (3.7) λ2?148CR将表3.1数据代入公式(3.7)，计算出各验证点的二次枝晶臂间距λ2，再与实测结果比较结果如下表所示：

表3.6 实测λ2与模型计算λ2比较

λ2\\验证点 计算λ2/μm 实测λ2/μm 绝对误差

1 243.4 344.3 23.58%

2 187.0 267.3 30.04%

3 165.9 167.9 3.16%

4 215.9 297.2 27.36%

5 192.6 258.8 25.58%

6 170.4 180.9 7.68%

3.2.3 经验模型优化

由于铸坯腐蚀效果并不是太好，只是选取几个验证点来计算，而实际测量的是验证

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东北大学毕业设计（论文） 第3章 结果与讨论

点附近的λ1和λ2，加上测量时产生的误差较大，所以导致计算结果和实际测量结果之间的绝对误差较大。但是实际测量结果与模型计算结果趋势一致，即一次枝晶臂间距λ1和二次枝晶臂间距λ2都随距铸坯表面距离的增大而增大，下面针对所选Q345钢种对模型进行优化。

3.2.3.1 一次枝晶臂间距模型优化

?m??n?λ1的计算公式为式(3.2)，即λ1?N??CR ?CC从表3.5中看出，实际测量的λ1比模型计算的λ1要大，绝对误差在20%左右，通过实际测量的λ1，结合模型算出的CR，假定n?不变，m?为未知量，代入各验证点的CR，算出的m?如表3.9所示：

表3.7 优化后的模型参数m?

验证点

1

2

3

0.466291602

4

5

6

m?

平均值

0.456749082 0.517446206 0.567172579 0.436871023 0.387867741 0.431642978

经过优化，得到符合计算Q345钢一次枝晶臂间距λ1式(3.8)：

?0.466291602λ1?278.748?CR?CC?0.109317377 (3.8)

由式(3.8)计算出的λ1和实测λ1的比较如下表所示：

表3.8 实测λ1与优化后的模型计算的λ1比较

λ1\\验证点 计算λ1/μm 实测λ1/μm 绝对误差

1 617.7 610 1.26%

2 457.1 461.4 0.72%

3 393.2 397.9 1.18%

4 523.3 517.9 1.04%

5 443.4 438.9 1.03%

6 398.8 393.7 1.30%

从表3.8看出，优化后的模型计算结果与实测结果之间的最大绝对误差仅为1.30%，从而在一定程度上验证了优化之后的模型的有效性，因此优化后的模型可以作为Q345宽厚板坯凝固微观组织特征参数的经验分析模型。 3.2.3.2 二次枝晶臂间距模型优化

?0.38??λ2?148CR, CC?0?0.53λ2的计算公式为式(3.6)，即? (0.4?0.08C), CC?0.53??λ2?(21.52764?9.4CC)?tf从表3.5中看出，实际测量的λ2比模型计算的λ2要大，绝对误差大多在20%左右，通过实际测量的λ2，结合模型算出的CR，固定系数不变，设指数为变量q，代入各验证

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点的CR，算出的q如表3.11所示：

表3.9 优化后的模型参数q

验证点 q 平均值

1

2

3

4

5

6

-0.64483282 -0.959384367 -0.418977604 -0.70122348 -0.806240441 -0.811464737

-0.723687242

经过优化，得到符合计算Q345钢一次枝晶臂间距λ2式(3.9)：

?0.723687242, CC?0?0.53??λ2?148CR (3.9) ?(0.4?0.08C)λ?(21.52764?9.4C)?t, C?0.53?CfC?2由式(3.8)计算出的λ2和实测λ2的比较如表3.12所示：

表3.10 实测λ2与优化后的模型计算的λ2比较

λ2\\验证点 计算λ2/μm 实测λ2/μm 绝对误差

1 347.7 344.3 0.99%

2 271.2 267.3 1.46%

3 169.0 167.9 0.66%

4 300.9 297.2 1.24%

5 261.4 258.8 1.00%

6 183.6 180.9 1.49%

由于测量工具的限制，这在很大程度上影响了测量结果，从表3.12看出，相比优化之前，优化后模型计算的结果与实际测量结果之间的绝对误差已经减小了很多，最大仅为1.49%，这在一定程度上验证了优化之后的模型的有效性，因此优化后的模型可以作为Q345宽厚板坯凝固微观组织特征参数的经验分析模型。

3.3 连铸工艺参数对Q345宽厚板坯凝固微观组织影响

为了研究浇注条件对到铸坯凝固微观组织特征参数的影响，本文采用单一变量法对其进行讨论：

(1) 在过热度恒为25℃、比水量恒为0.13 L·kg-1的条件下，本文分别讨论拉速1.0 m·min-1、1.1 m·min-1和1.2 m·min-1时，对铸坯凝固微观组织特征参数λ1和λ2的影响。

(2) 在拉速恒为1.1 m·min-1、比水量恒为0.13 L·kg-1的情况下，本文分别讨论过热度15 ℃、25 ℃和35 ℃时，对铸坯凝固微观组织特征参数的影响。

(3) 在过热度恒为25℃、拉速恒为1.1 m·min-1的情况下，本文分别讨论比水量0.10 L·kg-1、0.13 L·kg-1和0.143 L·kg-1时，对铸坯凝固微观组织特征参数的影响。

3.3.1 拉速

图3.4是在过热度恒为25℃、比水量恒为0.13 L·kg-1的条件下不同拉速条件下铸坯

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的一次枝晶间距λ1和二次枝晶间距λ2的变化曲线。由图可知，随着凝固进行，铸坯的一次枝晶间距λ1和二次枝晶间距λ2越来越大，且拉速越小，λ1和λ2也越小。但是λ1和λ2都在距离铸坯表面105mm处突然减小，这是由于在铸坯中心有形核发生，新长出的等轴晶阻碍了枝晶的生长，所以会出现图3.4上λ1和λ2突然变小的情况。因此，想要获得致密均匀的凝固组织，应该尽可能地减小拉坯速度。

1300120011001000一次枝晶间距??，μm90080070060050040030020010000 拉速为1.0 m/min 拉速为1.1 m/min 拉速为1.2 m/min 比水量0.13 L/kg 过热度25℃20406080100120 距铸坯表面距离，mm11001000900

二次枝晶间距?2，μm80070060050040030020010000 拉速为1.0 m/min 拉速为1.1 m/min 拉速为1.2 m/min 比水量0.13 L/kg 过热度25℃20406080100120距铸坯表面距离，mm图3.4 不同的拉速对铸坯一次枝晶间距λ1和二次枝晶间距λ2的影响

3.3.2 过热度

图3.5是在拉速恒为1.1 m·min-1、比水量恒为0.13 L·kg-1的条件下不同过热度条件

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