Simulation study on the solute elements micro-segregation at solid-liquid interface of continuous casting steel slab

Estudio de simulación de la microsegregación de elementos de soluto en la interfaz sólido-líquido de un planchón de acero de fundición continua

Basándose en la segunda ley de Fick y en la ley de conservación de la masa, se estableció un modelo matemático unidimensional sobre la microsegregación con cristales dendríticos que crecen durante la solidificación del acero líquido. Se analizaron los efectos de los elementos de soluto en la segregación interdendrítica, la temperatura de resistencia cero y la temperatura de ductilidad cero del acero con el modelo utilizado, en el que se consideró la transición de solidificación ferrítica/austenítica. Los resultados muestran que el contenido de carbono tiene una gran influencia en la segregación interdendrítica en el frente de solidificación. La temperatura de ductilidad cero disminuye al aumentar el contenido de manganeso y fósforo. Para evitar las grietas, el contenido de manganeso y fósforo debe controlarse en la producción.

INTRODUCCIÓN

La segregación tiene un gran efecto en la calidad de las palanquillas, por lo que es importante estudiar la segregación para mejorar la calidad de las palanquillas. La segregación puede estudiarse mediante experimentación y modelización matemática. Los modelos son analíticos, el proceso de cálculo es simple y es fácil de acoplar la ecuación de transferencia de calor y masa [1-2]. Pero la precisión de cálculo de esa ecuación es menor y, en consecuencia, sólo puede calcularse la concentración actual de soluto sólido en una posición determinada. El modelo numérico tiene una gran precisión de cálculo y, además, la distribución de la fase sólida puede resolverse en cualquier momento [3-5]. En este trabajo, basándose en la segunda ley de Fick y en la ley de conservación de la masa, se estableció un modelo numérico unidimensional de la segregación por solidificación del crecimiento dendrítico teniendo en cuenta que las fases δ y γ cambian durante la solidificación. De acuerdo con el problema de investigación, se determinaron las condiciones iniciales y de contorno, y la ecuación de transferencia de masa se discretizó por el método de diferencias directas. La ecuación de discretización se resolvió mediante el programa VB. Se analizaron los efectos de la variación del contenido de C, S y P en la segregación interdendrítica, la temperatura de resistencia cero y la temperatura de ductilidad cero del acero con el modelo establecido.

DESCRIPCIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO DE MICROSEGREGACIÓN

En este trabajo, el modelo de solidificación de cristales dendríticos se basa en la sección transversal ortohexagonal propuesta por Ueshima[4], como se muestra en la Figura 1a. Suponiendo que los solutos se difunden parcialmente en la fase sólida y completamente en la fase líquida, se desprecia la convección del líquido entre los cristales dendríticos y se conserva la masa de los elementos de soluto.