大断面铜包铝棒坯立式连铸成形工艺参数对连铸复合过程影响的数值模拟

以100mm×100mm大断面铜包铝棒坯为对象,建立棒坯连铸复合成形的数值模型,确定模型的边界条件,并通过设计的实验验证数值模型边界条件的准确性。基于验证的边界条件,采用ProCast软件对铜包铝棒坯立式连铸复合成形过程的稳态温度场进行数值模拟,得到了各工艺参数对连铸过程的影响规律,给出了工艺参数的调控策略和合理范围。结果表明,制备100mm×100mm大断面铜包铝铸坯的合理工艺参数范围为:在保持铜液温度1250℃的条件下,铝液铸造温度为760~790℃;一冷水流量为1600~2000L/h;二冷水流量为900~1100 L/h;二冷水距结晶器石墨套出口距离为20 mm;拉坯速度为80~100mm/min。     

基于数值模拟的Cu/Al/C_f充芯连铸工艺分析与优化

基于数值模拟,采用正交实验的方法研究了Cu/Al/C_f充芯连铸工艺。结果表明,二冷水距结晶器距离l1、连铸速度v、芯管长度l2作为主要参数,对连铸质量影响最大,且存在明显的单调关系;一冷水流量f和铝液温度T作为次要因素。最佳工艺参数分别为:一冷水流量f=280 L/h,二冷水距结晶器距离l_1=50~60 mm,连铸速度v=80~100 mm/min,芯管长度l_2=75~80 mm。     

受压顶出充芯连铸成形技术的实验研究

在充芯连铸工艺原理的基础上,提出了制备外径为准12 mm,内径为准8 mm小尺寸铜包铝连铸复合坯的新工艺方法,即对铜液进行加压进而改善铜液冷却连铸成形的质量,成功制备了合格的铜包铝连铸复合坯。在现有的充芯连铸机上,自行设计了本实验装置,研究了Cu和Al的加热温度,Cu液充压的压力,二冷方式、强度,连铸复合坯的连铸速度等因素对充芯连铸成形的影响规律。结果表明:在铜的温度为1320℃、铝的温度为740℃、结晶器的冷却水量为4.6 L/min、二冷水量为0.67 L/min、铜液的充气压力为0.05 MPa、二冷位置离结晶器出口为50 mm、连铸复合坯的连铸速度为25 mm/min时可以连铸出铜包铝复合坯,其表面质量光滑,铜铝的复合质量较好。     

过热度与拉速对连铸特厚板微观组织的影响

连铸过程衡量温度场是否合理的两个重要参数为出结晶器时的坯壳厚度与整体液穴长度。本文基于有限元方法,采用移动边界法对2400 mm×400 mm特厚板坯的温度场进行模拟,探讨拉速与过热度对坯壳厚度、液穴深度及宏观组织的影响,并通过其模拟结果综合考虑选择合理地拉速与过热度参数。仿真结果表明:过热度为20℃、拉速为0.54 m/min的条件时,连铸坯内部质量及生产效率达到较好的状态,为今后连铸钢特厚大型板坯的生产提供理论基础。     

充芯连铸铜包铝棒坯工艺参数对表面质量的影响

在自制的连铸设备上，通过工艺参数的合理匹配，成功地制备出外层为铜内层为铝，外径为40mm、铜壁厚为8mm、长为80cm的铜包铝棒坯。试验发现铜液的熔化温度、结晶器水冷铜套与石墨衬套的接触长度、连铸速度、二次冷却水的位置和流量对固液界面、铜管的表面质量以及复合界面铜铝的相互扩散都有很大的影响。合理匹配可使固液界面位置调整到离结晶器出口端5～10mm处，复合棒坯表面光洁、复合良好，经过挤压与拉拔，可以制成不同直径的铜包铝复合线。     

连铸工艺参数对复合铜包钢线组织与性能的影响EI北大核心CSCD

连铸复合法是制备高性能金属复合材料的新方法,提高连铸速度对提高生产效率、降低生产成本具有重要现实意义,连铸速度的提升将显著影响连铸复合过程凝固行为和铸坯质量。本研究采用连铸复合法制备外径8.7 mm、芯材直径6 mm的纯铜包覆Q235钢线,研究较高速连铸状态下工艺参数对铜包钢线表面质量、铜包覆层组织、界面扩散层厚度和界面剪切强度的影响。结果表明:在连铸速度300~420 mm/min、复合温度1150℃、一次冷却水流量400~800 L/h、二冷水流量100 L/h的工艺条件下制备的铜包钢线表面质量较好,铜层晶粒细小,界面结合强度高。     

制备参数对HCCM水平连铸纯铜板坯组织与力学性能的影响

采用热冷组合铸型(HCCM)水平连铸制备横断面尺寸70 mm×10 mm(宽度×厚度)具有强轴向取向柱状晶组织的纯铜板坯,研究工艺参数对纯铜板坯微观组织、表面质量与力学性能的影响。结果表明:在铜液铸造温度1250℃,热型段温度1100~1150℃,冷却水流量600 L/h、连铸拉坯速度20~80 mm/min条件下可以制备出表面粗糙度低、具有沿拉坯方向强取向组织和优良力学性能的纯铜板坯,其抗拉强度为137~141 MPa,断后伸长率为45.1%~61.7%。随着拉坯速度的增加,HCCM水平连铸所制备纯铜板坯的组织均匀性增加,晶粒尺寸变小;热型段温度升高时板坯的柱状晶组织的晶界更加平直;而总体上力学性能受拉坯速度和热型段温度的影响较小。采用HCCM水平连铸,在热型温度为1150℃时制备的纯铜板坯的表面粗糙度小于0.3μm,无需进行铣面可直接进行后续冷加工,可为发展铜板带短流程生产工艺奠定基础。     

铜包铝双金属复合材料连铸充芯成形工艺研究

设计和制造了双金属充芯连铸一次成形设备，并通过一系列的试验确定了合理的工艺参数，试验证明：在下坩埚和水冷铜结晶器接触长度为20mm，二次冷却喷水口位置在结晶器下95mm处，铜液温度为1250～1320℃，铝液温度为700℃左右，拉速为16mm／min时，拉制出良好的铜包铝复合棒。     

铅包锡双金属气压充芯连铸复合界面研究

选用低熔点的铅和锡为材料,采用"气压充芯连铸"工艺,制备出外层铅直径为12 mm,内层锡直径为8 mm的铅包锡双金属复合棒坯.设计了铅液浇注温度、连铸速度和充气压力的三因素、三水平的正交试验,对影响双金属连铸坯复合界面的因素进行了原理性研究,得出了最佳的工艺参数组合.结果表明:当铅液浇注温度为375℃,连铸速度为10 mm/min,充气压力为0.03 MPa时,连铸坯复合界面过渡层明显,表面质量良好,包覆层厚度均匀,实现了冶金结合.     

连铸圆坯拉速与温度关系的量化研究

采用液固成型仿真软件Pro CAST模拟连铸圆坯在结晶器的成型过程,根据所需凝固层厚度并结合不同的金属液注入温度选择相应的合理拉速,并对结果进行分析检测。结果表明,钢液温度越高,则拉速越慢,晶粒会出现粗大现象,影响圆坯整体力学性能的同时还会降低实际生产效率。?220 mm的37Mn5连铸圆坯钢最佳的拉坯参数:钢液温度为1 520℃,拉速V=0.945 m·min~(-1),中间包过热度ΔT=23℃。该工艺条件下,结晶器内的温度场分布均匀、稳定,连铸圆坯表面及内部质量好,生产率高。     

矩形断面铜包铝复合材料的水平连铸直接复合成形

制备断面尺寸为50 mm×30 mm、铜包覆层厚度为3 mm的矩形断面铜包铝复合材料,研究结晶器长度、拉坯速度、芯管长度和一次冷却水流量对矩形断面铜包铝复合材料水平连铸直接复合成形过程的影响。结果表明:当连铸结晶器长度为150 mm、芯管长度为125 mm时,较为合理的拉坯速度范围为75~90 mm/min;当拉坯速度过慢时,铝液的填充不连续,导致芯部铝的收缩或冷隔等缺陷;当拉坯速度过快时,铜铝界面反应严重;当拉坯速度为75 mm/min时,合理的一次冷却水流量为700 L/h,一次冷却水流量大于1 000 L/h导致铝液填充不连续,一次冷却水流量小于400 L/h则导致铜铝界面反应加剧。通过检测芯管出口位置处的石墨内衬温度变化可有效监控铝液的填充行为以及连铸过程的稳定性。     

水平连铸直接复合成形铜包铝复合材料的组织与性能

研究了水平连铸直接复合成形铜包铝棒材的制备工艺和组织性能及退火处理对界面层塑性的影响。结果表明,采用水平连铸直接复合成形法在芯管长度L=210mm、铜铸造温度tCu=1230℃、铝铸造温度tAl=770～850℃、一次冷却水流量Q1=600L/h、二次冷却水流量Q2=600～800L/h、平均拉坯速度v=60～87mm/min的可行工艺窗口下能够制备出直径为30mm、铜包覆层厚度为3mm、质量良好的铜包铝复合棒材。在退火温度为530℃、保温时间为50min的工艺条件下,退火处理后可明显改善界面层的塑性。铜包铝复合棒材的抗拉强度和伸长率分别为80～94MPa和18%～31%。     

不同浸入式水口250 mm×1800 mm板坯连铸过程模拟

通过水模型物理模拟和数值模拟的方法研究某钢厂3种不同水口在250 mm×1 800 mm板坯连铸过程中对钢液流场、弯月面和温度场的影响。结果表明:1#水口弯月面钢液不够活跃,不利于液渣上浮;2#水口存在结晶器上部温度低,结晶器凝固坯壳薄的问题;3#水口具有能促进液渣层分布均匀,提高结晶器上部温度的优点。250 mm×1 800 mm板坯连铸过程中,3#水口使用效果良好。     

70号钢连铸过程的凝固传热模型与组织研究

连铸过程的冷却制度直接影响连铸坯质量和凝固组织,因此本文建立了二维凝固传热数学模型,对连铸过程进行了模拟,得到铸坯的温度场分布及坯壳厚度的变化。首先,通过模拟结果与实际生产的连铸坯组织结合,研究了铸坯组织疏松问题。然后,模拟过程中采用控制变量法,通过改变连铸工艺参数,进一步研究了过热度、结晶器水量、拉速及比水量等对铸坯温度及坯壳厚度的影响,得出连铸一系列规律,为指导现场二冷水的分配提供了重要依据。     

宽厚板坯连铸结晶器内的钢液流场的数值模拟

基于流体力学的基本理论,针对连铸结晶器的结构和工艺参数,利用商业软件fluent的k-ε湍流模型,实现了对结晶器内钢液流场的三维数学模拟。重点分析了浸入式水口的插入深度、水口侧孔倾角以及拉速等工艺参数对结晶器钢液流场的影响。结果表明：对于断面为2300mm×250mm的板坯结晶器,水口插入深度为150mm,水口倾角为向下15°,拉坯速度为1.2m/min时,结晶器内的流场较好。数值模拟结果可为宽厚板坯连铸结晶器确定合理工艺参数提供理论依据。     

两段式无缝软接触电磁连铸结晶器的冷却效果分析

利用数值模拟研究了软接触电磁连铸中两段式无缝结晶器的传热及初生坯壳的厚度.结果表明;相同工艺条件下,两段式结晶器与传统结晶器相比,出口坯壳厚度减薄约0.4 mm.铸坯表面温度升高约2.5 K,初始凝固点下降约9 mm,有利于提高铸坯的表面质量.两段式结晶器上半段长度增加使凝固坯壳厚度略有降低,但将导致钢液对连接处的冲刷增大.在本研究条件下,考虑到安全生产的需要,结晶器上半段长度为120 mm是较佳的长度.两段式结晶器壁的传热计算表明,本研究条件下,结晶器的耐热强度满足安全生产的要求.     

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。     

连铸结晶器内板坯传热凝固行为建模和模拟

对1510 mm×250 mm板坯在连铸结晶器内的传热行为进行了建模和计算,利用结晶器、保护渣和凝固坯壳之间不同传热层的热流密度相等的假定,通过热力耦合模型进行板坯和结晶器温度分布的计算。传热模拟结果与某钢厂连铸结晶器现场生产数据和热电偶测温数据进行对比,验证了该模型计算结果的可靠性。当浇注速度设定为1 m/min时,在结晶器出口位置,板坯宽面中心的凝固坯壳厚度达到了18.7 mm。提高连铸拉速,结晶器出口处的凝固坯壳厚度降低。此外,基于传热模型计算获得的板坯温度变化曲线,利用相场模型,模拟对比了不同碳含量的两种成分材料Fe-0.04C-1.36Mn和Fe-0.14C-1.36Mn在凝固过程中的组织演变情况。在相同的冷却条件下,Fe-0.04C-1.36Mn形成的凝固坯壳更致密,树枝晶间未转变的液相体积分数低。可以认为Fe-0.04C-1.36Mn形成的凝固坯壳质量更好,更容易避免在结晶器中产生漏钢以及表面裂纹。     

双金属气压充芯连铸固液界面位置的研究

利用气压充芯连铸法制备出外径为Φ12mm,内径为Φ8mm的铅包锡双金属层状复合棒坯,复合棒坯连续稳定,表面质量良好,包覆层厚度均匀,界面实现了冶金结合.采用正交试验法对连铸成形过程中各工艺参数对固液界面的影响进行了研究,确定了影响固液界面因素的主次顺序,得出了最佳的工艺参数组合,为以后的气压充芯连铸双金属层状复合材料工艺奠定了基础.     

宽厚板连铸结晶器内钢液流动传热行为模拟

采用数值模拟的方法对天钢4号板坯连铸结晶器内钢液流场、温度场进行了研究,通过研究得到了在现有工艺操作条件下结晶器内钢液的流动特征及温度分布情况,同时确定出它们对铸坯质量的影响,为进一步优化工艺操作参数提供了依据。