C72DA高碳钢小方坯凝固组织模拟

为提高某钢厂C72DA钢内部质量,减少铸坯中心偏析,利用ProCAST软件对铸坯凝固组织进行模拟,并将凝固组织的模拟结果与铸坯的偏析情况进行对比。结果表明铸坯表面到中心碳偏析的变化规律与模拟得出的平均晶粒半径、最大晶粒面积变化规律相似。由此得出可以通过细化晶粒的方法来改善C72DA钢碳偏析。     

20CrMn钢双辊振动铸轧薄带性能的试验

为了探究双辊薄带铸轧技术中施加的机械振动对铸轧带坯微观组织及力学性能的影响,设计并制造了?500 mm×350 mm微振幅双辊薄带铸轧机。以该铸轧机为试验平台进行了多次工艺探索试验,最终确定了能够实现振动铸轧稳定生产的合理工艺参数。分别对振动与无振动两种工艺条件下所得20CrMn合金钢铸轧带坯的显微组织和力学性能进行了检测与分析,结果表明,与传统铸轧带坯相比,振动铸轧带坯法向面的平均晶粒尺寸由70减小至35μm,带坯纵截面振动侧和非振动侧晶粒也得到不同程度的细化;振动铸轧较传统铸轧所得带坯沿垂直轧制方向屈服强度、抗拉强度和伸长率分别提高了21.36%、27.35%和42.86%。以上研究结果证明,机械振动能有效改善带坯微观组织,细化晶粒,并提高其力学性能。     

高强船板钢中心偏析的成因及其改善措施

分析了高强船板钢中心偏析的成因及其影响因素.中心偏析的形成是因枝状晶晶间富含溶质的钢液流动和积累造成的.这种钢液流动的驱动力来自两方面:一是凝固坯壳收缩和铸辊对坯壳的压缩,二是坯壳在未收缩时开口和铸辊间发生鼓肚引起负压.采取控制钢水化学成分和过热度、稳定拉速、优化二冷配水、加大凝固末端辊缝收缩量等措施可减少连铸坯中心偏析,改善高强船板钢的内部质量.凝固末端实施轻压下对减少中心偏析效果明显.     

待定系数法确定双辊薄带铸轧中的边界热流

熔池与铸轧辊接触的边界热流是进行双辊薄带铸轧数值模拟研究的重点,通过铸轧过程中金属凝固机制和传热过程的研究,提出结晶辊和熔池接触的边界热流分布函数形式,利用凝固初始位置、薄带坯出坯厚度,再结合能量守恒原理进行求解,确定函数中的待定参数,避开传统方法需要求解坯壳和铸轧辊间气隙热阻的难题;通过施加所提出的边界热流函数对某试验铸轧辊温度场进行求解,结果与实测结果相吻合,这表明文中提出的边界热流分布函数形式与实际相符合。     

双辊浇铸过程中18Cr—8Ni不锈钢的凝固组织形成机制

为了阐明双辊浇铸过程中凝固组织形成的机制，使用一台小型双辊连铸机对ＳＵＳ３０４奥氏体不锈钢进行了连铸实验。铸带中有两种凝固组织，即柱状枝晶区和等轴晶区。随辊区和液态金属间接触时间的增加，铸带厚度枝晶区深度增大，而等轴晶区几乎不变。增加初始辊缝尺寸，仅使等轴晶区扩大。另外，已弄清了钢液过热和结晶辊承支力对形成凝固组织的影响。钢液在与两结晶辊相接触时凝固的表层内形成柱状枝晶区。铸带剩余的未凝固层离开轧     

气隙对连铸坯凝固影响的有限元数值模拟

以连铸坯凝固传热有限元数学模型研究了铸坯角部形状和气隙对坯壳凝固行为的影响研究结果表明：采用有限元法离散铸坯圆角能更合理地反映铸坯角部的几何和换热条件，从而可以更准确地研究角部换热条件对铸坯凝固行为的影响。角部气隙显著地降低了坯壳表面的换热，使铸坯偏角区成为热节区。此热节区是铸坯凹陷、皮下裂纹等缺陷和漏钢事故发生的诱因。     

气隙对连铸坯凝固影响的有限元数据模拟

以连铸坯凝固传热有限元数学模型研究了铸坯角部形状和气隙对坯壳凝固行为的影响，研究结果表明，采用有限元法离散铸坯圆角能更合理地反映铸坯角部的几何和换热条件，从而可以更准确地研究角部换热条件对铸坯凝固行为的影响，角部气隙显著地降低了坯壳表面的换热，使铸坯偏角区成为热节区。此热节区是铸坯凹陷，皮下裂纹等裂陷和漏钢事故发生的诱因。     

双辊薄带连铸结晶辊辊面清理装置及控制方法分析

双辊薄带连铸生产过程中,钢液中的金属或非金属氧化物沉积在结晶辊上,不仅会影响凝固过程的传热,而且恶化了铸带的表面质量。采用清理装置可以清除结晶辊表面的氧化物,以提高铸带的表面质量。分析了目前的公开文献和专利,总结了辊面清理装置结构及使用方法。     

双辊薄带连铸啮合点前流动与凝固特征分析

应用连铸专用软件Calcosoft模拟了双辊薄带连铸过程的流场和温度场,着重分析了啮合点钢液流动的特点.结合凝固组织研究,研究了啮合点前的钢液流动对凝固组织的影响.并且结合了啮合点处钢液流动的利用,认为将啮合点钢液控制在糊状区是最佳工艺条件.     

振动激发金属液形核过程的传热研究

为了提高铸坯凝固组织的均匀性,减轻宏观偏析,提出了振动激发金属液形核技术,其传热机理是为了促进形核,需要确保晶核发射器棒体表面温度控制在金属液的固、液相线之间,为此开展了传热计算及模拟试验研究。通过试验可知,在气冷条件下,棒体表面因冷却强度不够而无法产生大量的细小晶粒;而在水冷条件下,棒体表面因与钢液间的过冷度太大而迅速结壳,达不到向钢液连续弹射晶粒的目的。通过气雾冷却条件下的传热研究,在气流量为65 m3/h,水雾加湿量为3 kg/h的气雾冷却条件下,与棒体表面接触的钢液能够获得26℃以上的过冷度,因此棒体表面迅速形成大量的晶核而且不会结壳,进而可使晶粒被连续不断地弹射至金属液中,成为凝固过程中等轴晶的形核核心,促进铸坯凝固组织的均匀化。     

攀钢连铸机结晶器冷却能力的研究

通过测定结晶器中钢液凝固坯壳厚度,研究了结晶器中钢液凝固系数变化情况,结合对漏钢时坯壳的解剖分析,评价了现有的铸机结晶器的综合冷却能力,为铸机高拉速生产提供了重要依据。     

板坯结晶器钢液流动传热和摩擦行为的数值模拟

结晶器摩擦力对连铸顺行非常重要,而钢液流动行为会影响铸坯温度场和保护渣分布,可能对铸坯摩擦力产生一定的影响.利用Fluent软件建立结晶器内钢液流动、传热三维数学模型,并将温度场数据导入Ansys计算铸坯应变,然后根据铸坯-保护渣-结晶器摩擦行为数学模型讨论了渣膜润滑情况,对比了不同水口底部形状下结晶器内液态、固态和总摩擦力.结果表明:不考虑水口射流时结晶器总摩擦力比考虑水口时增大约29.4％;浸入式水口底部形状分别为凸底、平底和凹底3种情况下铸坯窄面中心温度依次降低,凝固壳厚度依次增大,固态摩擦力依次增大,总摩擦力依次增大,液态摩擦力相差较小.     

双辊冷却低过热度浇铸结晶器流场和温度场耦合数值模拟

提出了一种双辊冷却低过热度浇铸150 mm×150 mm方坯的技术,即使从中间包流出的钢水通过转动的冷却辊浇入结晶器内,通过降低钢水过热度改善铸坯质量.借助流体力学分析软件,对0.45C钢水的数值模拟结果发现,通过冷却辊冷却的钢液过热度降低,结晶器中钢水流冲击深度达250 mm,有利于打断凝固前沿的柱状晶,扩大等轴晶比例,同时结晶器内的钢液流场和温度场分布均匀,且铸坯的凝固状况也明显改善.     

双辊薄带连铸304不锈钢铸带表面横裂纹成因研究

采用化学侵蚀和彩色金相等手段,对双辊薄带连铸304不锈钢铸带表面横裂纹的成因进行了研究,并结合双辊薄带连铸亚快速凝固的特点,对薄带表面横裂纹形成的原因进行了综合分析后认为,铸带表面横裂纹均为凝固时产生的高温热裂纹,熔池的液面波动、冷钢和铸辊的表面缺陷等因素导致的铸带表层凝固速度不一致是产生表面横裂纹的根本原因,而在随后的冷却和卷曲过程中,铸带受到各种形式的拉应力则是表面横裂纹得以扩展和加深的主要原因.     

双辊连铸不锈钢薄带凝固组织特点

 通过金相观察分析了同径双辊薄带连铸机上生产的奥氏体不锈钢薄带的凝固组织,结果表明：铸带凝固组织包括2个柱状晶区和1个等轴晶区,其等轴晶呈近球形或蔷薇形。与传统连铸板坯相比,其柱状晶区一次及二次枝晶的间距较小,等轴晶粒内部为非枝晶结构,其尺寸大约是连铸坯等轴晶的1/10,凝固组织更致密。     

45钢大方坯凝固传热数值分析

以某钢厂45钢大方坯为研究对象,建立了45钢凝固传热的数学模型。用双混合模型计算了45钢的热物性参数,并通过射钉试验及坯壳测温测定窄面坯壳厚度和表面温度对模型进行了验证,结果表明该数学模型能够较好的模拟45钢凝固传热过程。模拟结果表明:在现行拉速0.5 m/min,过热度为35℃工艺条件下,合适的轻压下位置在距弯月面21.8~23.1 m处;铸坯出结晶器表面温度回升幅度大,容易导致表面裂纹;稳定拉速是提高铸坯质量的关键。改进后,中心疏松等级从1.5级降到不大于1.0级,中心缩孔不大于0.5级,最大碳偏析比小于1.12,铸坯表面裂纹率由3.25%降低到0.5%;铸坯凝固末端的凝固加速是由于铸坯中心大过冷条件下钢液中等轴晶的快速生长造成的。     

宽厚板坯连铸结晶器流场、温度场及应力场的耦合数值模拟

利用Pro CAST软件对2400 mm×400 mm宽厚板坯结晶器建立三维动态模型,采用移动边界法实现结晶器内流场、温度场及应力场的耦合模拟.结果表明:考虑凝固坯壳的影响,下回流区位置向铸坯中心靠拢,真实反映了钢液在连铸结晶器内的流动情况.自由液面的钢液从窄面流向水口,速度先增大后减小,距水口约0.7 m处,出现最大表面流速,约为0.21 m·s-1.结晶器出口坯壳窄面中心厚度最小且由中心向两侧逐渐增大,最小厚度约为10.4 mm;受流股冲击影响较弱的宽面坯壳与窄面相比生长更均匀,宽面偏角部和中心的坯壳厚度分别为18.9 mm和27.6 mm.铸坯坯壳应力变化趋势与温度基本保持一致,表明初凝坯壳应力主要是热应力.结晶器内铸坯宽窄面上的等效应力均沿着结晶器高度下降方向呈增大趋势,铸坯角部、宽面中心及窄面中心位置的最大应力各约为200、100和25 MPa.      

双辊薄带连铸技术状况的调查分析

调查了双辊薄带铸轧生产线的运行状况。整理出其工业化应用所需要的基础数据,如用于相关设计和决策的连浇时间、作业率等。给出了生产能力的算例。利用经典的传热凝固理论和经验对双辊连铸的关键参数进行界定,导出了辊缝d(铸带厚度)和辊径D、液位h和最大浇铸速度Vcm的关系。分析了铁辊和铜辊的差异。总结分析了双辊铸带宏观偏析有别于连铸坯的现象和机制。     

板坯连铸过程数值模拟分析

基于传热学基本原理、凝固理论和有限单元法,建立了凝固传热有限差分数学模型,对连铸凝固全过程进行模拟分析,结果表明,拉速越大,铸坯中心及表面温度越高,出结晶器坯壳厚度越薄;过热度增大,铸坯中心及表面温度均上升,出结晶器坯壳厚度减薄;冷却水量相对增大时,铸坯出结晶器坯壳厚度增大,二冷区温度下降较快。连铸坯凝固模型可用来确定常规拉速范围及不同拉速下的凝固壳厚度、凝固末端位置以及铸坯表面温度分布。     

辊式电磁搅拌线圈位置对板坯凝固行为的影响

铸流辊式电磁搅拌是当前调控板坯凝固组织与抑制中间裂纹的有效技术。为了揭示其作用机理以及使用过程伴生的铸态组织不对称与白亮带现象，通过建立连铸过程电磁-流动-传热-凝固耦合模型，并采用分段模拟法，研究了辊式电磁搅拌及其线圈不同偏置位置对1 600 mm×230 mm断面低合金高强钢板坯连铸凝固行为的影响。结果表明，电磁辊在坯壳凝固前沿所产生的行波磁场的切向力效应及其对浓化钢水流动与温度场的影响促使了柱状晶向等轴晶生长的转变，从而在铸态组织上消除了常见中间裂纹缺陷的发生条件。同时发现，在电磁辊线圈与板坯断面对中安装工况下，其行波磁场存在突出的端部效应，即起始侧的磁感应强度与电磁力明显小于推向侧，这是导致板坯断面两端铸态组织不对称的主要原因。通过将线圈向搅拌辊行波磁场起始侧偏置安装可以有效减轻这种不对称的作用行为。当前板坯断面条件下，偏置量为150 mm时，板坯两端的磁感应强度可接近一致，铸态组织实现基本对称。结合生产试验指出，搅拌辊在坯壳凝固前沿产生横向电磁推力的冲刷作用是造成其在铸态组织中发生负偏析白亮带的诱因，这种白亮带不影响当前产品的成材率，但在后续板带产品中的演变与危害性尚不清楚。