The Cellular Automata Model of Electroslag Remelting Ingot Structure

Electroslag remelting (ESR) is an advanced process for the production of high quality steels. The microstructure of remelted steel which affect the mechanical properties and the performance of the ingot was determined by the technological parameters. A two-dimensional axisymmetric geometry which was established in this paper was divided into macro-grid finite element in order to compute temperature field; then the grid was divided into more detailed and uniform cells, and at last the continuous nucleation model based on the Gaussian distribution and KGT growth model was established for nucleation and growth calculations using cellular automaton method (CA) on the solidification of molten steel. The results show that: a vertical columnar grain zone and a inverted V-shaped columnar crystal zone appeared in the ESR ingot. In addition, the temperature field with different electrode melting rate and slag pool temperature parameters and the microstructure with different average nucleation under cooling and maximum grain density were studied in this paper. The simulation results agree well with the experimental results, so it is proved that the model and calculation method is reliable. To produce ideal solidified ingot and achieve the purpose of optimizing the production process, the production process was adjusted according to the simulation results.     

极薄带轧制变形区轧辊压扁试验与有限元模拟

 极薄带在轧制及平整过程中,工作辊的弹性压扁对轧制压力的分布有很大影响,传统的轧制力模型已经不再适用。为了在极薄带板形板厚控制过程中得到准确的轧制力,Fleck提出了新的轧辊压扁模型。针对Fleck模型进行试验研究,同时进行有限元模拟分析。试验过程中使用合金工具钢轧辊,轧制不同厚度的轧件,通过显微镜测量变形区各部位的厚度,得到变形区轧辊的近似轮廓形状。试验与有限元模拟结果表明,随着轧件厚度的减小,变形区出现了明显的中性区,但是很难出现Fleck模型中提到的弹性卸载区,因此计算极薄带轧制力时可以忽略中性区内的弹性卸载区以简化轧制力模型。     

连铸坯集肤表层电磁激励超声场模拟

为研究连铸二次冷却区凝固坯壳厚度电磁超声无损检测机理,分析了连铸坯表面振痕对超声波信号的影响.利用有限元分析方法,建立螺旋线圈电磁超声换能器在连铸坯表面的电场、磁场、力场和声场的耦合模型.并以贝塞尔曲线方程模拟表面振痕,分析了表面振痕对连铸坯集肤表层的涡流、磁场、力场等分布规律的影响.实验结果验证了仿真分析中模型和仿真结果的正确性,为设计连铸过程凝固坯壳厚度电磁超声无损检测装置提供了理论参考依据.     

楔横轧成形25CrMo4厚壁空心轴件的不圆度分析

机械结构轻量化的主要途径是在结构上采用空心轴.近年来, 采用楔横轧带芯棒轧制空心轴类件的工艺得到了较广泛的关注.厚壁空心轴类件在楔横轧轧制过程中易发生“失圆”现象.本文通过热压缩实验研究了25CrMo4合金钢在楔横轧变形条件下热变形行为, 获得其真应力-应变曲线.在此基础上, 基于Deform-3D有限元软件, 建立25CrMo4厚壁空心轴楔横轧有限元仿真模型, 分析厚壁空心轴楔横轧成形机理, 研究得出断面收缩率、成形角、展宽角对轧件不圆度的影响规律: 断面收缩率增大, 不圆度减小; 成形角增大不圆度减小, 轧制温度越高减小趋势越明显; 展宽角增大不圆度增大, 提高轧制温度抑制增大趋势.选取部分工艺参数进行楔横轧验证实验, 对比了有限元仿真结果和实验结果, 表明有限元仿真模型预测精度较高.      

方矩形管端部成型机制

 利用非线性有限元方法,结合实际生产中方矩形管辊压成形过程,建立了有限元仿真模型。基于该模型对7机架实际辊压成型过程进行了模拟运算,得到了成形过程中稳定段处节点位移矢量、应力和应变的分布情况。通过对仿真计算结果的分析,得到管头端面上在角部和边部的过渡区存在着“位移中性面”,在端面上角部和边部的中心处伴有明显的金属“外翻”和“内翻”的情况,仿真结果与现场轧制结果相符。     

高温竖窑煅烧区的燃烧数值模拟

利用Fluent的前处理软件Gambit建立了高温竖窑煅烧区的几何模型,并利用Fluent软件进行了数值模拟。采用标准的k-ε湍流模型、一般的有限速率模型以及P-1辐射模型进行模拟,成功地计算出燃油燃烧的温度场和浓度场分布情况,验证了数值模拟所用模型和数值模拟结果的可靠性,为研究炉内燃烧状况和实际生产运行中工艺参数的调整提供了依据。     

Numerical simulation of temperature field in laser-arc hybrid welding of wear-resistant steel

Using ABAQUS software and cylindrical ellipsoid and body heat sources with a peak-heat-fluxattenuation function,a finite element model of the temperature field in the laser-arc hybrid welding of 4.5-mm BW300TP wear-resistant steel is proposed.The proposed model considers convection,radiation,molten pool flow,and heat conduction effect on temperature.A comparison of the simulation and actual welding test results confirms the reliability of the model.This welding heat-process model can provide the cooling rate at any position in the heat affected zone (HAZ) and can be used as a reference for the analysis of material properties and for process optimization.     

芯棒直径对楔横轧5Cr21Mn9Ni4 N空心气门壁厚均匀性的影响规律

楔横轧空心轴类件存在壁厚分布不均问题,特别是在小直径大长径比空心件楔横轧成形中更为突出.本文在Gleeble-1500D热模拟实验机上进行了5Cr21Mn9Ni4N耐热钢的热压缩实验,得到了5Cr21Mn9Ni4N的热变形本构方程.通过改变芯棒直径,采用有限元仿真和实验相结合的方法,研究了楔横轧轧制空心气门过程中的壁厚变化规律.研究结果表明,带芯棒轧制时,芯棒直径存在临界值,在该值下进行轧制,空心气门预制坯壁厚均匀性最优;楔横轧空心件时,金属轴向均匀流动是壁厚均匀的必要条件;轧件轴向拉应变减小,径向压应变变大,周向应变在0附近且为拉应变时,壁厚较为均匀.      

熔融AZS33型耐火材料砖有限元模型冷却过程的计算机仿真

基于对熔融法生产的耐火材料产品质量改进的目的,对某厂生产的AZS33型融熔耐火材料砖,利用有限元分析软件建立有限元模型,对其冷却过程中的应力场进行模拟仿真,根据仿真分析得到的的结果对耐火材料砖裂纹的产生进行了合理的解释,由此验证了有限元模型的正确性。同时,对耐火材料砖应力场的分布和变化规律进行了简要的分析和说明。最后通过对比4种常用于冷却系统中的保温层材料的仿真结果,得出了采用硅藻土作为保温层材料在降低本冷却系统最大热应力方面优于另外3种材料的结论。该研究提供了AZS33耐火材料冷却过程中的应力场数据信息和相关分析,为进一步预测耐火材料的生产缺陷奠定了基础,并且在控制热裂纹的产生和提高产品质量方面有一定意义。     

Experimental and theoretical analysis of roll flattening in the deformation zone for ultra-thin strip rolling

For ultra-thin strip rolling, the conventional rolling force models are no longer applicable. To obtain accurate rolling force in the shape and gauge control process, Fleck proposed a new roll flattening model. In this study, experimental analysis, finite element simulation, and theoretical analysis were conducted to evaluate the Fleck model. The experiments and simulations show a clear neutral zone in the deformation zone with decreasing strip thickness. The finite element simulation results show that the proportion of the elastic unloading zone is small, when an elastic unloading phenomenon appears in the neutral zone. Thus, to simplify the rolling force model, the effect of an elastic zone could be ignored. Based on this finding, we develop a rolling force model with quick calculation speed, high precision, and convenient online application. Finally, the accuracy of the simplified model is verified by the measured rolling force.     

铝合金超厚板热轧过程温度场模拟

根据热模拟试验所获得的实验数据,在MARC软件中建立试验铝合金的材料数据库。采用二维弹塑性大变形有限元法,对铝合金超厚板热轧过程进行了数值模拟,分析了热轧过程中轧件温度场的分布和变化规律。模拟结果表明,在整个轧制过程中,轧件内部节点的温度变化缓慢,而表面节点的温度变化较为剧烈。计算的板坯表面温度与实测的表面温度吻合较好,表明该模型可以用来模拟中厚板轧制过程中的温度变化。     

高碳钢连铸坯加热脱碳的有限元模拟

进行了0.72%C-1.30%MnU71Mn高碳钢250 mm×280 mm×6000 mm连铸坯加热时的传热有限元模拟和通过非线性回归分析,得出钢坯在加热后钢坯脱碳深度d (mm)与加热前脱碳深度d₀ (mm)、钢坯表面温度 T(K)和加热时间 t (min)之间关系的数学模型: d=d₀+(2.132×10^-7T²-0.0002T+0.0163)·(0.208 t^0.5-d₀)。实测结果表明,模型的相对预报误差≤3.2%。根据模型计算得出铸坯的优化工艺为预热段1150℃ 86min,加热段1250℃ 131min,均热段1230℃ 68min。检验结果表明,采用优化工艺,成品脱碳深度可降低20%左右。     

USS122G钢锭真空电弧重熔工艺的数值模拟

 超高强度不锈钢以其超高强度和良好的韧性以及优异的耐腐蚀性能而广泛地应用在航空、航天等领域。真空自耗重熔(VAR)作为生产超高强度不锈钢铸锭的主要生产技术,具有去除钢中有害杂质、改善钢中元素偏析的功能。为了研究新型Cr-Co-Ni-Mo合金体系超高强度不锈钢USS122G的真空电弧重熔过程,通过工艺仿真优化软件(Melf-Flow-VAR),对VAR过程的宏观传热、传质和流动现象进行模拟,建立USS122G合金VAR过程的二维轴对称数学模型,预测了不同冷却速度下的温度场和熔池形貌,并着重分析了特定熔速下的温度场、流场的演变,有无氦气冷却的元素宏观偏析情况,最后以模拟工艺制备了USS122G合金660 mm铸锭进行验证。结果表明,熔速增加,熔池深度加深,熔池形貌由低熔速扁平状圆弧状高熔速深“U”变化,熔炼速率为4.5 kg/min的熔池形貌具有较窄的糊状区,在此熔速下,熔池形貌呈现圆弧状,且真空自耗炉的输入功率较低,流场模拟结果显示流体的流动方向沿边部向下,中部向上,在铸锭右侧呈现顺时针运动规律;模拟熔池在达到稳态后深度为132 mm,此时模拟熔池深度与实测结果基本一致;在熔炼过程中Cr和C元素均发生正向偏析,采用氦气冷却的铸锭中元素偏析程度较小,在距钢锭1/2R处到边部Cr和C元素分布规律与模拟结果吻合较好。本项研究成果为钢的工业化稳定生产提供了可靠的数据支撑。     

铝电解槽槽壳侧部散热计算方法的研究

本文借助ANSYS有限元分析软件,对某厂240 kA预焙阳极铝电解槽槽壳侧部散热进行研究,建立半槽切片有限元解析模型,对其电、热场进行耦合计算。该模型的计算结果与实测值吻合较好(槽壳各区域表面温度偏差在4℃以内),所计算的侧部散热量与实测值基本相符,与传统的公式计算相比,更能真实地反映铝电解槽实际运行的散热状况,为铝电解槽能量平衡的研究与优化设计提供精确、快速的研究手段。     

板带粗轧全过程三维热力耦合模拟分析

为了预测热轧过程的温度与轧制力变化情况,利用热力耦合三维有限元模拟方法,对板带热轧粗轧过程进行了全流程模拟仿真分析。介绍了仿真模型的建立、材料参数以及初始条件、边界条件的设置,并对模拟结果进行了分析。最后利用现场实测温度数据和轧制力数据与模拟结果进行对比分析,仿真结果与实测值基本吻合,可为现场的实际生产提供指导。     

T型结晶器电渣重熔复合轧辊渣池热电场的数值模拟

针对自耗电极环形焊接、T型结晶器抽锭电渣重熔制备复合轧辊的过程,利用ANSYS软件,建立了三维有限元模型,对渣池中的电位、电流密度和温度场的分布,以及电极位置变化的影响进行了数值模拟。计算过程采用热电耦合法,并考虑了电场的集肤效应。模拟结果表明,集肤效应的最强位置和最大电流都集中在自耗电极的表面;高温区在自耗电极和辊芯之间;电极位置的变化对渣池的电流密度分布影响比较大,当自耗电极与辊芯的距离增加10 mm时,渣池内最高温度降低20 K,上层渣池的平均温度有所提高。最后对数值模拟结果进行试验验证。     

带夹层不锈钢复合板异步轧制力数学模型研究

 为实现带夹层复合板异步轧制力的预报,对直接添加薄板作为中间层的不锈钢复合板进行受力分析,依据各层金属变形特点以及轧件摩擦力方向的变化,将轧制变形区划分为5个分区,考虑复合板单元体截面法向应力与剪应力在各层金属间的线性分布,借助各个分区力平衡方程,建立了带夹层复合板异步轧制力数学模型;研究了剪切屈服应力比、辊径比、摩擦因数比对各层单元体应力分布的影响以及不同压下率下中性点和连接点的位置变化规律;运用MSC.Marc有限元仿真软件,对316L/Ni/EH40复合板进行了5道次异步轧制仿真,轧制变形区受力状态与理论模型基本一致,各道次轧制力大小与理论计算值误差在10%以内,结果表明,本模型可为带夹层复合板异步轧制力精准预报提供理论指导。     

六电极连续式石墨化电炉的数值模拟

为了了解六电极电炉在生产过程中电参数和温度场的变化规律,利用ANSYS软件实现炉内物料热电场的数值模拟。通过对六电极电炉电场和温度场的模拟,得到炉内主要发热区和温度分布规律,验证该电炉的可行性与安全性。结果表明:六电极连续式石墨化电炉的主要发热区域集中在相邻电极之间,炉内最高温度达3 093℃;高温区温度分布较为均匀,其温度均在2 360℃以上,可以保证物料的充分石墨化。炉体内壁和电极温度均在安全范围内,六电极连续式石墨化电炉可以实现安全连续生产。     

Coupled Simulation of Flow and Thermal Field of Twin-Roll Strip Casting Process

The steel industry is moving ahead along the di-rection of low cost,short process,good quality andlow capital investment. Strip continuous castingwhich can directly cast a thin strip with thicknessless than 10 mm from molten metal and can elimi-nate the expansive and complex hot rolling,is ex-pected to reduce both the capital investment and thecost of production as compared with the convention-al continuous casting process. Among various pro-cesses under development,the twin- roll strip cast-i…     

稀土熔盐电解槽内温度场数值模拟

在前人电场及流场的研究基础上,考虑电热场及电解质流动对温度场分布的影响,利用差分法建立柱坐标下的能量传输方程的上风差分离散格式,采用FORTRAN97编程,对3kA钕电解槽的温度场进行了数值模拟。结果表明,电极之间的发热强度最大,但并不是电解槽的最高温区,高温区在接收器内部(1 100℃),模拟结果与实测结果比较吻合。