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。     

EB炉熔炼大规格钛扁锭凝固过程的数值模拟

基于MiLE算法对大规格钛扁锭凝固过程进行非稳态模拟,研究了大规格钛锭的横截面尺寸、浇注温度和拉锭速度对其固、液界面形貌、液相区深度以及过渡区长度变化旳影响。结果表明,当钛锭宽度为200mm时,钛锭长度从200mm增加到1 200mm时,熔池深度先增大而后维持在77mm,同时固相率随着钛锭长度的增大而逐渐降低;当钛锭的横断面面积不变时,固液界面深度随着钛锭宽度的增加而减小,固相率随着钛锭宽度的增大而逐渐增大。结晶器散热的有效距离是区分钛锭长度影响其固液界面形貌的临界值。此外,随着浇注温度和拉锭速度的提高,钛扁锭非稳态过渡区长度呈线性增加,并且相对于浇注温度,拉锭速度对非稳态过渡区长度的影响更为显著。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

铸造参数对2024铝合金半连铸过程中宏观偏析影响的数值模拟研究

本文采用考虑了浮游晶运动的拓展连续模型计算大尺寸2024铝合金半连铸铸锭的宏观偏析。模型中宏观的传质、传热、动量传输方程与Scheil-Gulliver微观凝固模型相互耦合。通过九个算列计算铸造参数（铸锭尺寸、铸造速度、浇注温度以及二冷区冷却强度）对宏观偏析的影响,并详细讨论了铸造参数对形成宏观偏析传输机制的影响。研究结果表明,铸造参数直接影响熔池的形状和尺寸进而影响最终偏析形态。其中,铸锭尺寸和铸造速度是最主要的影响因素。更大的铸锭尺寸通常意味着更慢的冷却速度,以及更深和更宽的熔池,从而导致铸锭中心更严重的宏观偏析。增加铸造速度则将显著地增加熔池的深度,因而更大的铸造速度将导致更严重的宏观偏析。而熔池的深度随浇注温度的增加仅轻微增加,故浇注温度对宏观偏析的影响不如前二者敏感。     

基于有限元法的双辊薄带连铸熔池钢液温度场与流场强耦合研究

基于传热学和流体力学理论,建立了双辊薄带连铸熔池流场和温度场的二维强耦合有限元模型,并利用经典方腔流问题,利用该模型的计算结果与其它有限元模型的计算结果进行了对比,验证了模型的正确性。利用该模型研究了浇注温度对熔池内温度场和速度场的影响。结果表明,所建模型与实际相吻合;kiss点的高度随浇注温度的升高而降低,基本成线性变化;浇注过程中熔池温度有所回升,熔池内部产生涡流;浇注温度越高,回流的速度越小,涡流越小,温度场内低温区越小。     

倾斜冷却半固态连铸A356铝合金过程稳定性研究

研究了浇注温度、拉坯速度、倾斜板长度和倾斜角度对倾斜冷却半固态连铸A356铝合金过程稳定性的影响。结果表明:浇注温度、拉坯速度对连铸过程稳定性有显著影响,倾斜板上熔体的横截面积与拉坯速度成正比,拉坯速度的变化将导致倾斜板上熔体冷却强度发生相应的变化,实验表明合适的浇注温度和拉坯速度分别为630～660℃、400～600mm/min,此时连铸过程能稳定进行;而倾斜板长度在500～900mm、倾斜角度在30°～60°内变化对连铸过程稳定性并无显著影响。     

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。     

宽板坯轻压下区固液相凝固收缩模型的研究

根据铸坯坯壳凝固线收缩量与温度变化的关系及两相区固-液相的物质守恒规律,建立了宽板坯固液相凝固收缩模型,利用连铸宽板坯实际生产工艺条件,分析了拉坯速度、浇注温度等因素对铸坯凝固前沿补缩量的影响规律.研究结果表明,同一拉速、浇注温度条件下,铸坯凝固前沿所需补缩量随距弯月面距离的增加而逐渐减小;冷却条件相同,拉速及浇注温度对铸坯凝固前沿所需总补缩量的影响很小;凝固坯壳对减小轻压下作用于凝固前沿压下量的贡献量约为17.2%.     

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。     

超声场中浇注温度对7050铝合金半连铸热裂纹的影响

7050铝合金圆锭半连铸过程极易出现热裂现象.文中在试验基础上,结合RGD热裂判据分析浇注温度对热裂纹的影响机理,并讨论了超声外场对热裂的影响机理.试验证明,7050铝合金半连铸过程在超声场的作用下,适当提高浇注温度,可以减小热裂纹的产生.RGD判据一定程度上可以解释浇注温度与热裂纹的关系.     

基于Mile算法的大型TC4钛合金扁锭连铸模拟分析

电子束冷床炉熔炼是生产钛及钛合金铸锭的主要方法,利用该方法能够生产出高低密度夹杂少、组织成分均匀的高品质钛合金铸锭,而工艺参数是决定铸锭质量的主要因素。本研究利用铸造模拟专用软件PROCAST对电子束冷床炉熔炼大型TC4钛合金扁锭的连铸凝固过程进行数值模拟,研究了不同工艺条件下铸锭的温度场分布特征、初生枝晶半径、二次枝晶臂间距等,最终确定出本模拟工艺条件下,电子束冷床炉熔炼TC4钛合金扁锭的最佳工艺参数为熔炼速度250 kg/h,铸造速度20 mm/min,浇注温度1 700℃。     

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。     

基于RBF-AG算法的7050铝合金电磁半连铸参数优化

为解决7050铝合金大尺寸扁锭成型裂纹倾向大、工艺参数不易找准的问题,建立基于RBF的电磁半连续铸造神经网络模型,并采用遗传算法对7050铝合金电磁半连续铸造过程的工艺参数进行了优化计算。结果表明,当7050铝合金的成分(质量分数)为Zn6.1%、Mg2.3%、Cu2.2%和Zr0.14%时,电磁半连铸工艺参数的优化值为:铸造速度52mm/min、铸造温度724℃、扁锭宽面冷却强度134L/min、扁锭窄面冷却强度22L/min、电磁强度11749A·turn、电磁频率27Hz。在优化后的工艺参数条件下,无裂纹铸锭成品率比优化前的成品率提高20%。     

非晶合金板材水平连铸的数值模拟与参数优化

采用ProCAST软件对非晶合金Zr_(48)Cu_(36)Al_8Ag_8板材的水平连铸过程进行温度场模拟,基于自主研发的水平连铸设备,并采用正交试验法分析了不同工艺参数对凝固过程各因素的影响。结果表明,影响凝固前沿形状的因素顺序为:拉坯速度浇注温度拉坯起始位置;影响凝固前沿平衡状态及板坯中非晶合金含量的因素顺序为:拉坯速度拉坯起始位置浇注温度。最优工艺参数组合是拉坯速度为4mm/s,浇注温度为1 080℃,拉坯起始位置为结晶器入口14mm处。