连铸中间包内三维湍流流动的数值模拟

连铸中间包的操作条件决定了其内流动现象的复杂性，为此，本文选择两种不同的湍流模型ｋ－ε和ＬＥＳ（Ｌａｒｇｅｅｄｄｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ），建立了描述连铸中间包内三维湍流流动的数学模型，并实施了数值计算和模型验证，对单流中间包内的流动现象进行了描述，考察了有，无流动控制情况下中间包内的流动特征和湍流模型的合理性，结果表明，合理的流动控制有利于中间包内非金属夹杂的上浮和吸附，用ｋ－ε模型基本上能够描述     

20CrMnTi连铸瞬态与平均冷速条件下凝固原位观察

 宽淬透性带和大尺寸TiN析出物严重危害20CrMnTi齿轮钢的产品质量,其控制的关键基础是掌握连铸过程中凝固组织演变行为机理。传统高温激光共聚焦扫描显微镜(HT-CSLM)原位观察研究通常将糊状区冷却速率设定为固定值,这不能有效反映连铸凝固过程中冷却速率的变化。为此,以国内某钢厂20CrMnTi 160 mm×160 mm小方坯为研究对象,首先通过二维切片凝固传热计算,确定内弧表面下方20、40、60 mm位置处糊状区的热历程、瞬态与平均冷却速率,进而设计HT-CSLM试验升温与降温方案。然后,开展这些位置处糊状区瞬态与平均冷却速率条件下HT-CSLM试验,研究揭示不同冷却条件下20CrMnTi的凝固过程、δ晶粒生长动力学和包晶相变机制。最后,通过电子探针分析(EPMA),考察冷却条件对凝固组织尺寸的影响规律。结果表明,由于凝固潜热的补偿,内弧皮下20、40、60 mm位置处初始凝固阶段冷却速率较小,凝固中后期逐渐增大,且越深入方坯内部越显著。这些位置处的平均冷却速率分别为102.81、44.63和34.93 ℃/min。δ晶粒率先从钢液中析出,其平均生长速率随着冷却速率的提升而增大。在瞬态冷却速率条件下,随着凝固的进行,瞬时生长速率呈增大的趋势,但是在平均冷却速率条件下瞬时生长速率则略微降低。这是因为在瞬态冷却速率条件下,糊状区冷却速率由慢至快,不断补偿了凝固潜热,同时初始形核数量少,生长空间大,溶质过冷度的影响相对较弱。当熔体温度降低至包晶相变临界温度时,δ晶粒快速转变为γ晶粒,即发生块状转变,导致固相率迅速增加,且伴随有部分γ晶粒快速聚合。整体上讲,包晶相变临界温度随着冷却速率的增大而降低,但是也受溶质初始含量的影响。此后,剩余液相向γ相转变,直至完全凝固。晶粒半径随着冷却速率的提升而减小,且在平均冷却速率条件下比瞬态冷却速率条件更小,这取决于初始凝固阶段的形核数量。     

Q690q耐候桥梁钢免预热焊接热影响区的组织性能

 针对Q690q耐候桥梁钢,利用MMS-300热模拟试验机进行焊接热循环过程模拟试验,研究了10.5~114.9 kJ/cm热输入下粗晶热影响区(CGHAZ)、细晶热影响区(FGHAZ)和不完全相变热影响区(ICHAZ)的微观组织以及冲击韧性、硬度的变化情况,并观察了冲击断口形貌,然后采用优选的焊接热输入,进行了免预热的药芯焊丝熔化极气体保护焊(FCAW)和埋弧焊(SAW)的焊接工艺评定试验。结果表明,热输入较低时,CGHAZ和FGHAZ主要生成板条马氏体组织、ICHAZ出现岛状的M/A组元,其冲击韧性低、硬度高;热输入较高时,CGHAZ主要生成大尺寸的粒状贝氏体、准上贝氏体或上贝氏体组织,同时大尺寸的块状M/A组元数量不断增加、尺寸变大,其冲击韧性显著降低。FGHAZ生成较多多边形或准多边形铁素体、珠光体等高温转变组织,其硬度降低明显。ICHAZ除生成准多边形铁素体、无碳化物贝氏体和退化珠光体外,回火索氏体基体组织中的碳化物颗粒尺寸不断变大,其强韧性不断降低;热输入为18.2~25.7 kJ/cm时,CGHAZ以板条束细小且异向的板条贝氏体为主、FGHAZ形成细小均匀的板条贝氏体和粒状贝氏体组织、ICHAZ主要为细小的回火索氏体和板条贝氏体组织等,试验钢热影响区各亚区均具有高冲击韧性和与母材相当的硬度。因此,优选焊接热输入应控制在18.2~25.7 kJ/cm范围内。采用(22±1) kJ/cm的焊接热输入,开发的40 mm厚Q690q耐候桥梁钢板在免预热焊接条件下的FCAW和SAW焊接接头均具有良好的可焊性和焊接性能,热影响区的强韧性与母材相差不大。从而成功实现了Q690q耐候桥梁钢免预热焊接的实验室尝试。     

高拉速板坯连铸结晶器内钢/渣界面行为的数值模拟

用数值模拟方法研究了高拉速下拉速、水口出口角度、浸入深度、铸坯宽度和保护渣黏度对钢/渣界面行为的影响规律,并利用水模型实验进行了验证.研究表明,在一定拉速下,增加水口浸入深度和向下的张角能有效抑制钢/渣界面波动;熔渣黏度对钢/渣界面形状几乎没有影响,而界面速度随熔渣黏度的增加而减小.     

高拉速连铸结晶器非正弦振动波形

连铸结晶器非正弦振动是保证铸坯质量前提下提高拉速的有效手段,本研究采用分段函数法构造出具有最佳振动模式特点的结晶器非正弦振动波形,给出了其解析表达式,并在此基础上确定了振动工艺参数,最后分析了波形的动力学特性.研究表明,该波形适于实际应用,其参数确定方法为指导连铸生产提供了依据.     

南钢宽厚板坯连铸中间罐流场优化研究

建立了模拟宽厚板坯连铸中间罐的水模型和数学模型,通过水模和数模RTD曲线研究了不同的单墙双坝控流装置及抑湍器与单墙双坝组合控流装置对中间罐内流体流动特性的影响.结果表明,抑湍器与单墙双坝组合控流装置比单墙双坝控流效果好,但以NaCl溶液为示踪剂进行控流效果的模拟实验时可能会存在一定的误差.通过与数模对比,分析了其原因,提出了优化方案.     

STUDY ON NON-SINUSOIDAL OSCILLATION FOR SLAB CONTINUOUS CASTING MOLD WITH HIGH CASTING SPEED Ⅰ. Mechanism of Oscillation Marks Formation

通过分析2.0 m/min拉速稳定浇铸时振动周期内弯月面初凝坯壳的受力情况,阐述了高拉速连铸坯表面振痕形成过程,给出振动参数与最大液体摩擦力和最大保护渣渣道动态压力关系;结合振动参数对振动过程参数的影响和实际设备状况,提出了振动参数优化方向,确定了拉速升至2.2 m/min时的振动参数值.结果表明,弯月面初凝坯壳在钢水静压力、摩擦力和保护渣渣道压力作用下随凝固进程形成振痕,振痕生成位置取决于初凝坯壳糊状区固相分率;随拉速提高,应降低振频、增大振幅和非正弦振动因子,以改善振动效果和振痕形貌;拉速升至2.2 m/min时的适宜振频、振幅和非正弦振动因子分别为145 min-1,±5.0 mm和0.25.     

Effect of cooling structure on thermal behavior of copper plates of slab continuous casting mold

A three-dimensional finite-element model of slab continuous casting mold was conducted to clarify the effect of cooling structure on thermal behavior of copper plates. The results show that temperature distribution of hot surface is mainly governed by cooling structure and heat-transfer conditions. For hot surface centricity, maximum surface temperature promotions are 30℃ and 15℃ with thickness increments of copper plates of 5 mm and nickel layers of 1 mm, respectively. The surface temperature without nickel layers is depressed by 10℃ when the depth increment of water slots is 2 mm and that with nickel layers adjacent to and away from mold outlet is depressed by 7℃ and 5℃, respectively. The specific trend of temperature distribution of transverse sections of copper plates is nearly free of cooling structure, but temperature is changed and its law is similar to the corresponding surface temperature.     

工艺因素对SCM435钢大方坯凝固组织的影响

为了模拟不同工艺条件下的连铸坯的凝固组织,采用有限元法模拟了SCM435钢的连铸凝固过程,获得了325 mm×280 mm连铸坯的温度场,在此基础上与元胞自动机(Cell automaton,CA)耦合模拟凝固组织.结果表明,随浇注温度的降低,柱状晶区逐步减少,表面细晶区及中心等轴晶扩大,晶粒密度逐步增加,最大晶粒面积及平均半径大大减少;但中心凝固所需要的时间反而有所增加,中心处的晶粒的平均半径先降低后升高;拉速对凝固位置的影响较为显著,随拉速的增加,晶粒密度逐步减少,柱状晶宽度与中心处的等轴晶半径略有增加.     

SCM435钢的相变模型

利用热模拟仪对SCM435钢进行了连续冷却转变曲线(CCT曲线)的测定,并用显微镜观察及统计其室温组织.利用Or-igin软件对实验数据进行处理,根据SCM435不同冷速下的相变及相变转变量,进行铁素体、珠光体、贝氏体、马氏体相变模型的回归.并精确地建立了相变点温度-冷却速率关系模型及相变量-冷却速率关系模型,回归计算得到该钢种的最优模型系数.最后对比了SCM435钢的实验值和回归曲线,结果表明计算值与实验值吻合较好,证明所建立模型的合理性及数据处理方法的可行性,因此可以根据回归结果对实际生产中的真实冷却速率做出实时反应,便于对生产进行更加准确地控制.