连铸结晶器内腔形状设计研究

基于矩形连铸坯结晶器内坯壳的收缩特性,建立了矩形连铸坯结晶器内壁的理想纵剖面曲线和理想锥度曲线的设计计算公式,这些设计计算公式明确地反映了浇注钢种、拉坯速度和冷却条件的影响,且形式简单、应用方便。用这些公式为某厂设计的154.5mm×152.5mm结晶器,拉坯速度达到了3.1m/min,超过了设计要求的2.7m/min。     

结晶器电磁搅拌对高强齿轮钢大圆坯凝固行为的影响

结晶器冶金对于特殊钢连铸过程凝固与后续产品质量至关重要.以高强齿轮钢42CrMo以铸代锻φ650 mm特大断面圆坯连铸生产工艺为背景,基于三维电磁-流动-传热-凝固耦合模型,研究了结晶器电磁搅拌(Mold electromagnetic stirring,M-EMS)器安装位置对大圆坯连铸结晶器冶金行为的影响.结果表明,结晶器铜管磁屏蔽效应导致搅拌器安装位置越低,搅拌效率越高;电磁搅拌可显著减轻因水口侧孔射流冲刷所造成的坯壳生长不均匀性、强化钢液过热耗散,也会不同程度地增强液面波动.搅拌器位置由330 mm下移至730 mm三个代表性工况下,钢液面最大波高差降低2.5 mm,坯壳凝固前沿最大冲刷速度增加0.069 m/s,铸流中心钢液过热耗散位置后移0.159 m,结晶器出口坯壳厚度极差降低1.1 mm.综合认为,搅拌器安装位置在弯月面下约530 mm 时,既有利于控制合适的液面波动与坯壳生长均匀性以改善铸坯表面质量,也有利于因钢液过热耗散促进等轴晶形成而提高大圆坯的中心质量.     

超大断面圆坯垂直半连铸凝固过程模拟分析

采用垂直半连铸工艺制备直径超过?1 000 mm大型圆坯的方法,是一种优化生产流程,降低材料损耗,提升铸坯质量,突破连铸工艺尺寸极限的变革性制坯方法。该方法将工艺分为浇注拉坯和静置冷却两个阶段。通过模拟分析?1 600 mm大圆坯在不同拉速下的垂直半连铸工艺过程发现在拉坯过程中结晶器内的温度和出口处的坯壳厚度逐步稳定。模拟结果表明,拉坯速度对完成拉坯时的熔池相貌有着显著的影响,当拉坯速度小于0.4 m/min时,纵向截面上的熔池形貌呈V形,在拉坯结束时,凝固坯壳在内部钢水静水压力作用下的应力和变形都较小,出现漏钢事故的可能性较低。在静置冷却阶段,小于0.4 m/min拉速下形成的初始V形熔池,可保证在后续凝固进程中凝固前沿出现明显的自下而上的顺序凝固过程。因此,?1600 mm大圆坯在垂直半连铸工艺条件下的拉坯速度应小于0.4 m/min。     

基于结晶收缩特性的连铸矩形坯成形曲线研究

针对传统连铸结晶器效率低、拉坯速度慢、铸坯表面及形状缺陷等问题,设计并加工了一种高效、高速、高质（Efficient,speedy and quality,ESQ）连铸结晶器内腔形线。基于矩形坯结晶器内传热和结晶收缩行为特性,推导并建立了结晶器铜管内腔形线几何模型,运算得到形线曲线表达式和锥度表达式。根据连铸坯热交换收缩组成模型,针对高碳钢材料大矩形坯规格修正原模型及表达式,将优化结果与钢厂传统形线对比分析。依托Matlab/GUI二次开发了结晶器形线尺寸输出系统,为现有钢厂设计并加工了230 mm×170 mm断面U71Mn钢种结晶器芯棒和铜管,保持其他连铸条件基本不变,使现有连铸机拉坯速度从1.1 m/min提高至1.6～1.7 m/min。结果表明,得到的连铸坯产品表面质量与原产品相近,且并无形状缺陷,验证了模型计算的合理性和正确性。相比于传统连铸结晶器内腔形线,新形线曲线提高了结晶器的换热效率,且保证了铸坯质量,这为增加连铸坯产量提供了基础。     

直冷连铸工艺参数对超轻LA141合金板坯温度场的影响

直冷连铸工艺中各铸造参数的互相匹配至关重要,通过有限差分方法,用Visual C++6.0建立了超轻LA141合金扁坯连铸过程中三维温度场的数学模型,讨论了各种工艺参数,如拉坯速度、冷却水流量、浇注温度等对凝固过程中板坯温度场的影响,在此基础上优化了超轻合金LA141合金扁坯直冷连铸工艺参数。结果表明:冷却水流量对液穴深度的影响较小,提高浇注温度和拉坯速度使液穴变深,出结晶器时凝固壳层厚度减小。优化后的工艺参数为浇注温度670~700℃,冷却水流量0.8~1.0 m3.h-1,拉坯速度1.0~1.25 mm.s-1。     

新型薄板坯连铸结晶器内腔形状设计

由于结晶器内坯壳应变至断裂主要是受应变速率的影响,应变速率的增大或突变均会使临界应变值降低,因此必须控制坯壳变形过程中的应变速率。基于此,根据薄板坯连铸结晶器内凝固坯壳收缩的特性,设计开发一种新型薄板坯连铸漏斗形结晶器。其特点是漏斗区曲线曲率连续变化,曲率变化率小且恒定,铸坯应变速率不突变,改变已知漏斗形结晶器内腔组合曲线的G1连续为G2连续。创建结晶器漏斗区横、纵向曲线的表达式,并根据坯壳凝固收缩特性和变形机理编程计算构造漏斗区曲面。建立新型漏斗形结晶器内铸坯的热力耦合有限元模型,分析计算宽面坯壳表面应力分布,并与进口技术进行对比。结果表明,结晶器坯壳表面应力水平下降20％,特别是在现有技术生产的铸坯易发生裂纹处,坯壳应力下降更加显著,应力下降达35％。因此该技术能够有效地减小铸坯裂纹形成机会,提高铸坯质量。     

特大圆坯浇铸水口及结晶器内流场的研究

为提高特大断面连铸圆坯的质量,提出了一种新型旋流浇铸水口。针对直径1000mm特大圆坯,通过应用计算流体动力学和传热学原理,利用有限元工程仿真平台,对结晶器内的钢液流动和凝固传热情况进行了耦合数值分析,并对液面波动情况进行了仿真。通过模拟分析,得到了合适的水口结构参数及浇铸工艺参数,为实际生产提供了参考。     

新型结晶器基本参数研究及其内钢液行为仿真

为降低立式连铸机的高度,减小设备尺寸,依据经验公式计算特大方坯连铸机拉坯速度及液相穴深度。根据计算结果及可行性分析,认为拉坯速度为0.2m/min较为适合。基于结晶器传热学理论分析,提出了一种新型结晶器,即回字形结晶器。模拟分析了在结晶器内部设置内冷却器及偏转水口的作用,分析结果表明回字形结晶器可以提高传热效率,减少中心偏析,形成水平旋流以利于均匀钢水成分及坯壳生长,降低钢水冲击深度,达到电磁搅拌的冶金效果。经计算证明,采用回字形结晶器可以降低铸坯液相穴深度,从而降低铸机基础建设费用。     

组合搅拌模式对连铸特殊钢大方坯凝固行为的影响

组合搅拌模式是控制特殊钢铸态组织与均质性的重要手段。为深入揭示连铸结晶器电磁搅拌(Moldelectromagnetic stirring,M-EMS)和凝固末端电磁搅拌(Final electromagnetic stirring,F-EMS)的复合作用行为,基于麦克斯韦方程和低雷诺数湍流模型建立断面250mm×280mm的20Cr Mo A齿轮钢大方坯连铸过程电磁-流动-传热与凝固三维耦合数值模型。基于实测M-EMS中心线磁感应强度及F-EMS作用下的铸态组织白亮带宽度验证模型的可靠性。研究结果表明,M-EMS促使结晶器区域钢液产生水平旋流并冲刷凝固前沿,加强钢液和凝固坯壳的换热,可使钢液过热完全耗散及其凝固终点位置不同程度地前移,促进柱状晶向等轴晶的转变(Columnar to equiaxed transition,CET),从而可实现F-EMS作用区域为中心等轴晶区。组合搅拌作用下铸坯末搅区域液相穴宽度减小,糊状区内钢液对凝固前沿的冲刷速度降低,从而不易产生常见的负偏析白亮带缺陷。碳偏析检测结果表明,M-EMS可能造成大方坯出现一定程度的皮下负偏析和CET转变区的正偏析,但其中心偏析和铸态碳极差可获得明显改善。综合表明,合理的组合搅拌模式可有效改善特殊钢大方坯铸态组织的均质性,进而提高其轧材产品的热处理与服役性能。     

基于高温铸坯黏弹塑性的坯壳动态鼓肚研究

基于高温铸坯材料黏弹塑性本构方程,建立了坯壳动态鼓肚数学模型。根据坯壳不同的初始状态与变形历史确定了两种边界条件。利用模型计算坯壳鼓肚变形,并与实测数据进行对比,验证了理论解的正确性以及模型的有效性。根据鞍钢工业板坯连铸机的设备工艺参数,分别计算了刚出结晶器的坯壳和远离结晶器的坯壳的鼓肚变形曲线,以及坯壳在固液交界面处的应变与应变速率。分析了铸坯坯壳在铸机扇形段内的鼓肚变形与应变变化规律,并讨论了辊间距、     

浅析棘轮本体金属模低压铸造工艺与模具设计

低压铸造是介于金属型铸造和压力铸造之间的一种铸造方法。其是在一定的压力作用下,将金属熔液注入铸型型腔。并在压力的作用下凝固以获得铸件的方法,本文主要是对棘轮本体金属模低压铸造工艺与模具设计进行探寻和改进,根据以往的各种铸造方法的优势和劣势不断总结经验,不断的探索挖掘,使模具设计及铸造工艺得到了更全面的改进。     

Development of new model of mold oscillator in continuous casting

To develop the hydraulic mold oscillator in continuous casting machine, the guiding mechanism of mold was studied. The main topics of this study were to design the guiding mechanism of mold which oscillates to prevent the sticking and to reduce the friction resistant force between the solidified shell and mold on casting. We studied many guiding types to analyze the features of worldwide mold oscillator and developed the new model of hydraulic mold oscillator. On the basis of the mold oscillating experiment, the capability of guiding system was proofed by the position error measuring system. The experiment was carried out up to 50–500 cpm frequencies and 2–10 mm stroke in the variable waveform and the casting results was analyzed by the oscillation mark of slab surface which was formed unavoidably by oscillation.     

爆发器孔座近凝固点浇注工艺技术研究

针对采用传统浇注工艺生产某产品爆发器孔座中存在的问题,按照为解决浇不满、缩孔、缩松以及夹杂和针孔等问题,而对浇注温度、铸型温度和保温温度等工艺参数进行调整的思路,通过对试验结果进行对比分析,大胆突破了传统浇注工艺中浇注温度和铸型温度要求的束缚,研究形成了爆发器孔座近凝固点浇注工艺,并对其中包含的减少缩孔、缩松,提高充型能力,以及减少氧化夹杂和针孔的机理、工艺过程、效果评价和创新点进行了阐述。     

消失模铸造充型与凝固过程的计算机仿真

根据消失模铸造液态金属充型及液态金属—模样界面的推进机制,提出了充型过程界面推移位置的人工神经网络算法。根据计算得出的界面位置,用SOLA算法计算了充型过程中液态金属的流场,并耦合计算了充型过程中的温度场。根据计算得到的充型结束时铸件及铸型温度场,求解三维导热微分方程,计算了铸件凝固过程的温度场。结合消失模铸造型壁移动的规律,预测了球墨铸铁件消失模铸造的收缩缺陷。计算模拟结果与充型过程实际测试结果及铸件解剖结果一致。     

金属型铝合金重力浇注装置及其模具设计的研究

为适应较小规模铸造企业的生产模式、有效提高铸件质苎．对铝合金重力浇注装置及其模具结构进行设计研究。在装置上采用简单的机械结构使之方便手动操作，使用完全金属型模具并使之具有倾转功能。研究发现在浇注过程中具有操作简单方便、易于维护，并且制造成本低廉、模具设计制造周期短的特点。铝合金液体在模具中的充型和排气效果良好，可减少气孔、缩孔等铸造缺陷。特别适用与中小型企业的小批量铸件的生产和产品零件的试制加工。     

铯源钢水液面控制系统的原理与故障分析

该系统可连续测量结晶器的钢水液面,并能在线切换不同钢坯断面参数,输出随液面高度线性变化的电压或电流模拟量,送给液位调节系统,从而实现自动控制拉坯或浇钢速度,并且使钢水液面稳定地保持在预定的高度上。因此可提高连铸机作业率,保持钢锭质量,并且减轻浇铸工人的劳动强度,同时大大减轻了维护人员的工作强度。     

Analysis and modeling of effective parameters for dimension shrinkage variation of injection molded part with thin shell feature using response surface methodology

The injection molded housing part with thin shell feature could be produced to increase the internal space for packing more components. In this study, injection velocity, packing pressure, mold temperature, and melt temperature were selected as effective parameters for injection molding process. For the purpose of reducing dimension shrinkage variation of thin shell molded part, the response surface methodology was utilized to determine the relationship between input parameters and responses. Then the optimization condition was obtained according to the desirability function. Results show that melt temperature is the most significant factor on dimension shrinkage variation in transverse direction, followed by packing pressure, mold temperature, and injection velocity. However, in the longitudinal direction, packing pressure has the greatest influence on the dimension shrinkage variation, followed by injection velocity, melt temperature, and mold temperature. In accordance with verification experiments, the difference between the experimental data and predicted values ranges from ?9.8% to 1.8%. To obtain the optimal condition, the overall desirability must be larger than 0.9. Based on analysis of variance, the proposed models look reasonably accurate.