牵拉速度和浇注温度对钛扁锭凝固界面的影响

通过对连铸过程中钛扁锭的固-液界面形貌分析,研究了拉锭速度和浇注温度对钛锭固-液界面的影响规律。利用有限元法对电子束冷床炉熔炼大规格钛扁锭连铸凝固过程进行模拟研究,通过对钛扁锭进行温度场稳态模拟计算后,获得了浇注温度和拉锭速度对钛扁锭凝固达到稳态时凝固界面形貌和固相分数的影响机制。     

大规格钛扁锭凝固过程的非稳态数值计算研究

在大规格钛扁锭半连铸过程中,固相分数和熔池形貌对得到优质钛锭有着重要影响。本文以有限元为基础,采用数值模拟计算方法对大规格钛扁锭半连铸过程进行非稳态计算,重点研究了不同生产工艺条件对固相分数和熔池形貌的影响。研究表明,随着浇注温度和拉锭速度的增加,固相分数和熔池形貌变化区域的长度呈线性减小,钛锭熔池深度和钛锭1/4处熔池的深度呈线性增加。相对于浇注温度,拉锭速度对固相分数的影响更为显著。     

工艺条件对大规格TC4扁锭连铸过程固液界面的影响

利用有限元方法对电子束冷床熔炼大规格TC4扁锭连续凝固过程温度场进行计算分析,研究不同铸造工艺条件下熔池形貌特征以及固液界面曲率的变化,并且定量地给出固相线和液相线位置以及糊状区深度的变化规律。结果表明:随着浇注温度的升高,TC4扁锭的液相线和固相线深度加深、宽度变宽,而固相线与液相线之间的糊状区变窄;随着拉锭速度的加快,熔池加深变宽,糊状区逐渐变宽,温度梯度变小,固相率逐渐减少;但拉锭速度对固液界面形貌的影响相对于浇注温度的影响更为显著,在本计算模拟条件下,拉锭速度应控制在3.5×10~(-4)m/s以下。     

钛锭连铸过程中结晶器高度与厚度对凝固界面形貌的影响

应用有限元数值计算方法研究了电子束冷床熔炼连铸钛锭过程中水冷结晶器高度及厚度对大规格钛锭固液界面形貌的影响规律。结果表明:在相同的工艺条件下,随着水冷结晶器的高度增加,钛锭的熔池深度逐渐降低,当水冷铜结晶器高度超过结晶器有效散热高度(300)mm后,钛锭的固液界面形貌趋于稳定;随着水冷结晶器厚度的增加,钛锭的熔池深度逐渐增加,固相率逐渐降低,但钛锭固液界面的熔池形貌变化不显著。     

电子束冷床炉熔炼超长超薄TC4铸锭过程中坩埚的尺寸设计（英文）

钛锭固液界面形貌对其凝固组织有着很大的影响。研究了超长超薄TC4扁锭EB炉熔炼中结晶器三维尺寸对固液界面形貌的影响。结果表明:当TC4扁锭截面长度超过450mm时,结晶器的冷却能力不再增加。当长度超过有效距离时,随着结晶器长度的增加,熔池深度和糊状区宽度不再发生改变。此外,提高结晶器的长宽比有利于提高TC4扁锭的表面质量。计算结果表明,结晶器内长和内宽比应在4:1和6:1之间。当结晶器高度大于300 mm时,熔池深度和糊状区宽度不变。本研究可以为电子束冷床炉(EBCHM)熔炼超长超薄TC4扁锭的结晶器三维设计提供一定的设计依据。     

电子束冷床炉熔炼超长超薄TC4铸锭过程中坩埚的尺寸设计

钛锭固液界面形貌对其凝固组织有着很大的影响。本文研究了超长超薄TC4扁锭EB炉熔炼中结晶器三维尺寸对固液界面形貌的影响。结果表明:当TC4扁锭截面长度超过450mm时,结晶器的冷却能力不再增加。当长度超过有效距离时,随着结晶器长度的增加,熔池深度和糊状区宽度不再发生改变。此外,提高结晶器的长宽比有利于提高TC4扁锭的表面质量。计算结果表明,结晶器内长和内宽比应在4:1和6:1之间。当结晶器高度大于300mm时,熔池深度和糊状区宽度不变。因此,通过本文研究可以为EBCHM熔炼超长超薄TC4扁锭的结晶器三维设计提供一定的设计依据。     

大规格钛锭连铸过程中熔炼速度对凝固界面的影响

通过建立电子束冷床熔炼大规格钛锭稳态连铸模型,考虑了温度场和流场的耦合行为,使用有限元方法定量地获得熔炼速度对大规格钛锭凝固过程中的熔池深度和固相率的影响规律。结果表明:在一定工艺条件下,流场耦合温度场后固相率将增加,熔池深度将降低;当熔炼速度降低时,固相率增加,熔池深度降低,同时钛锭液相区流速降低。     

结晶器溢流口位置对电子束熔炼钛锭凝固过程的影响

使用有限元方法模拟计算电子束冷床熔炼大规格钛锭稳态连铸凝固过程中温度场流场耦合行为,分析结晶器溢流口位置对大规格钛锭凝固过程的影响。结果表明:当工艺条件相同时,流场耦合温度场后会导致凝固界面形貌不规则,糊状区体积增加;当溢流口的位置不在结晶器内宽面正中间时,相对于溢流口另一边的熔池深度会降低;溢流口位置的变化对固相率的影响不大,但是对凝固界面的影响较大,当溢流口位置位于钛锭熔池表面中心时熔池和凝固界面更加均匀和平稳。     

基于铜包铝复层圆坯水平连铸的数值模拟与试验研究

利用Fluent TM模拟软件研究芯部铝液浇注温度、拉坯速度等工艺参数对水平连铸铜/铝复层铸坯温度场、液相率及流场的影响,并进行试验验证。结果表明,芯部铝液浇注温度越高,与铜管接触的铝液温度越高,液穴深度越深,铝铜之间越易发生反应;拉坯速度越快,铝液液穴深度越深,液态铝与铜管壁接触时间越长。铝液浇注温度控制在710~730℃,拉坯速度为200mm/min时可以获得优质的铜/铝复层铸锭,模拟结果与试验结果具有较好的一致性。     

Cu-12%Al线材连续定向凝固最大稳态拉坯速度

将结晶器移出感应加热器,使连续定向凝固时固液界面控制在结晶器出口;结合传热边界条件,求解连续定向凝固熔体区、液/固界面、空冷区和水冷区的一维稳态温度场方程,得出线坯最大稳态拉坯速度随熔体温度、结晶器长度、冷却距离和冷却水流量的变化规律;并基于直径为6 mm的Cu-12%Al(质量分数)线材制备的工艺条件,对理论解进行实验验证和讨论.结果表明:Cu-12%Al线材的最大稳态拉坯速度随熔体温度升高而降低,且降低速率逐渐减小,其中在1 150～1 300 ℃范围内降低37.3%;最大稳态拉坯速度随结晶器长度增加而增加,且增加速率逐渐减小,其中在20～40 mm范围内增加28.5%;最大稳态拉坯速度随冷却距离增加而降低,且降低速率逐渐减小,其中在4～12 mm范围内降低68.8%;冷却水流量在100～400 L/h范围内最大稳态拉坯速度变化不明显.当固液界面前沿温度梯度小于2.02 ℃/mm时,实际拉坯速度无法达到理论最大稳态拉坯速度;当固液界面前沿温度梯度大于4.17 ℃/mm时,最大稳态拉坯速度实验值和理论值吻合较好.     

无氧铜水平连铸液穴深度与浇注温度关系研究

在连续铸造过程中,铸坯液穴深度受冷却水量、拉坯速度及浇注温度等工艺参数的影响,掌握其影响规律对提高铸坯质量有显著帮助。本文通过ProCAST软件对100 mm×10 mm规格无氧铜方形铸坯的水平连铸进行研究,探究液穴深度与浇注温度之间关系。分析结果表明:浇注温度对液穴深度有一定影响;提高浇注温度可以使液穴深度加大,增大铸型温度,从而减小铸坯的温度梯度,降低其热应力;无氧铜水平连铸液穴深度与浇注温度呈线性关系,浇注温度越高,液穴深度越大。     

基于一维稳态传热的纯金属热型连铸模型化分析

基于已有的热型连铸一维稳态传热模型及其分析解,导出了固-液界面前沿液相的温度梯度GL和冷却速度吃随拉铸速度V变化的关系式。计算结果表明,稳态热型连铸过程中,铸坯固-液界面前沿液相温度梯度GL随着拉铸速度矿的增加而减小;固-液界面前沿液相的冷却速度RL随拉铸速度V呈非单调变化,存在一个最大值。在“铸型温度-拉铸速度”坐标系中绘制出固-液界面位置h、温度梯度GL和冷却速度RL的等值线图,全面反映了稳态热型连铸过程中工艺参数的变化规律。计算所得的工艺相图与文献中由实验结果总结出的工艺相图相符。     

EB炉结晶器中熔体表面温差对钛扁锭中Fe偏析的影响

采用电子束冷床炉熔炼了大规格纯钛扁锭(8 000mm×1 050mm×210mm),研究了结晶器中熔体表面温差对钛扁锭中Fe元素偏析的影响机理及控制方法。结果表明,电子枪对结晶器中熔体表面扫描功率的分配比不合理,会使得熔体表面产生温度不均匀和局部过热现象,导致随着熔体表面平均温差的增大,扁锭中Fe含量越低,且横向偏析越严重;当电子枪对结晶器中熔体表面扫描功率分配比为32%、28%、40%时,熔体表面平均温差最小,钛扁锭中Fe元素偏析程度最小,轧制成钛带卷后力学性能均匀。     

K418高温合金下引式热型连铸温度场模拟

建立了镍基K418高温合金下引式热型连铸(OCC)凝固过程温度场模型,采用试验与ProCAST模拟相结合的方法修正了界面换热系数条件,使模拟结果与试验结果的最大差异不超过4%,可以较好地模拟实际凝固过程温度场。模拟结果表明:当浇注温度从1 460℃升高到1 540℃时,两相区宽度由15 mm减小到10 mm,温度梯度从33 K/cm增大到40 K/cm;当冷却距离由13 mm增大到33 mm时,两相区宽度从12 mm增大到16 mm,温度梯度从28 K/cm降低到23 K/cm;当平均拉坯速度从9 mm/min增大到18 mm/min时,两相区宽度从12 mm增大到15 mm;当温度梯度从35 K/cm减小到25 K/cm、拉速增大到36 mm/min时,固液界面位置下移到BN铸型出口处,有拉断、漏钢的风险。K418高温合金铸锭(10 mm)合理的下引式热型连铸制备参数范围为:熔体浇注和BN铸型温度1 500～1 540℃,冷却距离23 mm,平均拉坯速度9～18 mm/min。     

EB炉熔炼工艺参数对大规格镍扁锭中碳元素偏析的影响

利用电子束冷床炉熔炼大规格纯镍扁锭(6600 mm×1050 mm×210 mm),研究了熔炼工艺参数(电子枪功率与拉锭速度的配合)对镍扁锭中碳(C)元素偏析的影响及机理。结果表明:电子枪功率与拉锭速度配合不当会导致镍扁锭中C元素出现不同程度的偏析;协调各区域的电子枪功率和选择适当的拉锭速度可以使镍扁锭中C元素分布更为均匀;当冷床熔炼区域、溢流区域、结晶器区域的电子枪总功率分别为720、150、360 kW,拉锭速度为5 mm/min时,镍扁锭中C元素偏析程度最小,轧制成镍带卷后力学性能均衡性最好。     

Al-5Zr中间合金初生Al_3Zr相三维形貌及其对浇注温度的依赖性

采用熔盐反应法制备了Al-5Zr中间合金并利用强碱腐蚀获得了初生Al_3Zr相的三维形貌,分析了Al_3Zr相的长大机理,研究了降温过程中浇注温度(1250、1050、950、800℃)对合金中初生Al_3Zr相三维形貌、尺寸及数量的影响,利用JMat Pro软件和面积法分别计算了Al-5Zr中间合金的理论固相率和实际固相率。结果表明:Al-5Zr中间合金中,Al_3Zr相的三维形貌呈现厚板状、薄片状、花瓣状及搭桥状等形貌,这些形貌的形成可以追溯到二维晶核和成分过冷综合作用机制。随着浇注温度降低,Al_3Zr相形貌由薄片状逐渐转化为厚板状,薄片相尺寸减小、数量减少;厚板相尺寸增大、数量增多,两种形貌相的总数量减少。利用JMat Pro软件计算的合金理论固相率与面积法计算的合金实际固相率基本吻合。从合金固相率看,随着浇注温度降低,厚板Al_3Zr相的相对含量增多。     

浇注长度对半固态AlSi9Mg组织的影响

利用自制的倾斜冷却剪切流变装置,研究了浇注长度对半固态ZAlSi9Mg水淬组织和流变压铸组织的影响。结果表明,浇注长度对半固态AlSi9Mg合金的水淬组织影响较大,随着浇注长度的增加,固相率增加。浇注长度为500 mm时,初生固相率为48%,平均晶粒尺寸为50μm,形状因子为0.57。流变压铸后AlSi9Mg合金组织明显细化,浇注长度对流变压铸AlSi9Mg合金组织初生固相率影响较大,对晶粒尺寸和形状因子影响较小,浇注长度为500 mm时,平均晶粒尺寸为7.13μm,形状因子为0.7。     

不同尺寸大规格铝合金扁锭同时铸造的工艺研究

使用wagstaff铸造机,试验研究不同尺寸大规格铝合金扁锭同时铸造的工艺。结果表明,采用铸造温度690℃~710℃,铸造速度25 mm/min~50 mm/min,结晶器中的液位高度65 mm,冷却水流量控制为13 m~3/h~80 m3/h,结晶器布设方式为中心对称,可以实现一次铸造厚度550 mm、宽度变化在1 910 mm~2 570 mm范围内的两块大规格铝合金扁锭。铸造出的扁锭表面无皱褶、裂纹、锭尾塌陷、通裂等缺陷。通过直读光谱分析化学成分、高低倍组织检查,发现其扁锭的组织、成分均匀,晶粒度细小,满足用户使用要求。     

水平连铸BFe30-1-1白铜管坯凝固过程的数值模拟

根据空心管坯的凝固传热特点建立了空心管坯水平连铸数值计算模型,采用ANSYS软件计算了水平连铸过程中浇注温度、冷却强度及拉坯速度对BFe30-1-1白铜合金管坯糊状区宽度和液穴深度的影响。结果表明,浇注温度、拉坯速度和冷却强度均对管坯液穴深度和糊状区宽度有重要影响,而浇注温度则对糊状区宽度影响不大。在此基础上采用试验的方法制备了表面光滑、无裂纹缺陷的空心BFe30-1-1白铜管坯。     

制备参数对HCCM水平连铸Cu-0.36Be-0.46Co铍铜合金板材表面质量、组织和性能的影响

采用热冷组合铸型(HCCM)水平连铸工艺制备了宽度300 mm、厚度10 mm的Cu-0.36%Be-0.46%Co(质量分数)合金板材,研究制备参数对连铸合金板材固/液界面位置和形状、表面质量和组织的影响规律。结果表明:随着热型加热温度的降低、冷型段一次冷却水流量的增大和拉坯速度的降低,合金板材的表面质量随之提高。随着热型加热温度的升高、一次冷却水流量的减小和拉坯速度的增大,合金固/液界面位置从热型段向冷型段移动,沿板材宽度方向的固/液界面形状由凸向固相的“U”状转变为“W”状,且凸向固相程度增大,组织变化为粗大平直柱状晶→细长对称倾斜柱状晶→混晶→等轴晶。合理的制备参数为热型加热温度1100℃、拉坯速度50 mm/min、一次冷却水流量Qul=Qur=400 h/L、Qum=600 h/L、Qll=Qlr=400 h/L和Qlm=600 h/L。所制备的合金板材具有良好的表面质量和沿连铸方向柱状晶组织,表面粗糙度Ra=2.2μm,屈服强度和抗拉强度分别为212 MPa和353 MPa,断后伸长率为35.0%,无需表面处理可直接用于后续冷轧加工。