苗雨川博士学位论文通过答辩

     苗雨川是由王国栋教授和刘相华教授指导的材料加工工程专业博士研究生，8月30日在重点实验室会议室，苗雨川作的博士学位论文“双辊铸轧薄带钢凝固过程的数值模拟”得到了答辩委员会的通过，答辩委员会主席是胡壮麒院士，还有王国栋博导、郝士明博导、吴迪教授、温景林博导、王茂才博导等老师参加了答辩会。
    以下是论文简介：
题 目：双辊铸轧薄带钢凝固过程的数值模拟
摘 要:
    双辊铸轧薄带钢作为适应钢铁业低能耗、短流程、高速度、低成本发展要求的一项新技术正在受到全世界钢铁界的关注，用户的小批量、多品种的要求也急需此项技术成熟、完善以进入工业化生产。在双辊铸轧薄带钢过程中，工艺参数控制范围窄，超出控制范围的微小变化可能会严重损害铸轧薄带钢的质量。此项技术的发展迫切需要应用计算机模拟技术来对其凝固过程进行模拟，借此获得优化的工艺参数来指导生产。本文选择双辊铸轧薄带钢凝固过程的数值模拟为研究课题，对双辊铸轧薄带钢凝固过程中熔池内钢液流动、传热过程和材料力学行为进行了深入细致的理论和实验研究。研究得到的结果对于有限元模拟技术在研究凝固过程中的深入应用、双辊铸轧薄带钢工艺制度的制定与优化和控制系统建立具有重要的理论意义和实用价值。
    本文对双辊铸轧薄带钢过程的理论和实验研究做了综述。在双辊铸轧薄带钢凝固过程中的冷却速率下研究了钢液非平衡凝固过程。首次利用微观偏析模型模拟计算了双辊铸轧薄带钢条件下材料凝固过程中柱状晶内和柱状晶间溶质偏析情况。得到了材料在双辊铸轧薄带钢凝固过程中固相率随温度的变化规律、凝固终了温度和其他影响铸轧薄带钢质量的温度值(LIT，ZST等)，分析了铸轧过程与平衡凝固中凝固终了温度值的差异。给出了不同温度下溶质在柱状晶内和柱状晶间的分布情况。
    在分析双辊铸轧薄带钢过程实际情况的基础上，确定了双辊铸轧薄带钢过程中熔池内钢液流动为湍流流动，模拟其流动和传热过程必须使用湍流模型。在详细推导了流热耦合湍流模型的基础上，建立了模拟双辊铸轧薄带钢过程的流热耦合有限元方程。
    利用所建立的流热耦合有限元方程首次对双辊铸轧薄带钢凝固过程进行了三维有限元模拟。首次模拟了双辊铸轧薄带钢过程中熔池内钢液的三维流场和温度场，给出了熔池内钢液沿铸轧辊轴线方向的温度分布。详细研究了各工艺参数变化对双辊铸轧薄带钢凝固过程的影响。研究结果表明，应用流热耦合模型可以定量给出铸轧过程中熔池内各点的流动速度和温度、出口处薄带表面温度随铸轧速度、浇注温度、熔池高度等工艺参数的变化规律。
    本文首次通过模拟研究了垂直开口式浇注与浸入式水口浇注下熔池内三维流场和温度场的差别。模拟了浸入式水口钢液出口角度和浸入深度对熔池内钢液流动和温度分布的影响。根据模拟结果给出了适宜的出口角度和浸入深度。此模拟结果对双辊铸轧薄带钢工艺的水口设计及优化具有重大的指导意义。
    在分析双辊铸轧薄带钢过程中材料力学行为的基础上，给出了适合描述双辊铸轧薄带钢过程中材料的力学行为模型。通过反复模拟和实验数据建立了适合描述材料在双辊铸轧薄带钢过程中力学行为的本构方程。利用所建立的本构方程，首次模拟了双辊铸轧薄带钢过程中铸轧薄带内三维应力场和应变场。给出了应力沿铸轧薄带宽度方向的分布、铸轧力随铸轧速度和浇注温度的变化规律。
    利用新建立的等径双辊薄带钢铸轧机进行了薄带钢铸轧的实验研究。测量了铸轧力、出口温度等随铸轧速度和浇注温度的变化。经比较，模拟结果与实验结果吻合，证明了模拟结果的正确性。

关键词: 双辊铸轧薄带钢 凝固 流热耦合 微观偏析 弹塑性有限元 两相区 本构方程 表面裂纹