连铸坯微观及宏观偏析数学模型的研究进展

对连铸坯微观和宏观偏析模型及树枝晶间液相流动的研究进展进行了评述，采用近平衡凝固过程溶质再分配理论并结合连铸传热数学模型对连铸坯微观及宏观偏析的定量解析方法进行了分析。     

轻压下技术对连铸坯中心偏析的影响

RAM动态轻压下、连铸坯凝固模型、动态轻压下控制模型和伺服执行系统等,对连铸坯的中心偏析进行数值模拟,精确地对连铸坯凝固末端实施动态轻压下,从而降低了铸坯中心偏析、中心疏松的程度,大大提高了铸坯产品质量.详细阐述了轻压下对铸坯中心偏析的影响,在铸坯凝固末端轻压下直接作用的区域内,两相区受到压缩,枝晶间富含溶质的液相被挤...     

基于深度置信网络的连铸坯偏析等级预测研究

连铸坯中心偏析缺陷的准确预测对于连铸坯稳定生产、提升连铸质量具有重要意义。为精准预测连铸坯中心偏析缺陷,建立连铸坯偏析等级的深度学习模型,该模型应用禁忌搜索的超参数优化法,对DBN模型的网络层和回归层进行优化,提高了偏析预测的准确率。研究表明,基于DBN-SVR模型的连铸坯中心偏析预测精度较好。     

基于极限学习机(ELM)的连铸坯质量预测

针对传统基于BP神经网络建立的连铸坯质量预测模型训练速度慢、适应能力弱、预测精度低等问题,本文提出一种基于极限学习机的连铸坯质量预测方法,对方大特钢60Si2Mn连铸坯中心疏松和中心偏析缺陷进行预测,并与BP和遗传算法优化BP神经网络预测模型的预测结果进行分析对比.结果表明:BP及GA-BP神经网络预测模型对连铸坯中心疏松和中心偏析缺陷的预测准确率分别为50%、57.5%、70%和72.5%;而基于极限学习机的连铸坯预测模型预测准确率更高,对连铸坯中心疏松和中心偏析缺陷的预测准确率分别为85%和82.5%,且该模型具有极快的运算时间,仅需0.1 s.该模型可对连铸坯质量进行迅速准确地分析,为连铸坯质量预测的在线应用提供了一种新的方法.      

GCr15轴承钢大方坯凝固过程微观偏析模型及应用研究

建立了考虑δ/γ相变的GCr15轴承钢大方坯连铸凝固两相区溶质微观偏析模型,并应用于220 mm ×260 mm铸坯的凝固传热。结果表明:通过模型可以获得高碳钢精确的固液相线温度,以及温度与固相率的关系;GCr15轴承钢大方坯凝固过程仅析出γ相,凝固末期S、P和C元素的偏析严重;固相率越大,冷却速率对偏析度的影响更明显;S和P元素含量以及冷却速率对零塑性温度（ZDT）影响较大;采用基于凝固传热模型优化的连铸工艺后,铸坯中心碳偏析指数控制在0.961.05,且铸坯未产生内裂纹。     

DP980双相热轧钢带状组织成因及控制

通过分析1 000 MPa级DP980铁素体马氏体双相钢带状组织、连铸坯宏观和显微组织偏析,研究了该钢种带状组织的成因及控制方法。结果表明,连铸坯中心较内部其他部位偏析严重,连铸坯的中心元素偏析与热轧带钢的中心带状偏析有对应关系;枝晶间显微偏析度与带状元素偏聚度有较好的正相关关系。随着道次增加及反向轧制,铸坯初始枝晶取向转变为与轧制方向一致。连铸过热度控制在20~25℃、拉速为1.2 m/min,同时应用铸坯轻压下技术,连铸坯宏观偏析可控制在C1.0以下,热轧带钢的带状组织可控制在1.5级以下。     

小方坯齿轮钢连铸过程中的宏观偏析模拟

基于国内某厂齿轮钢小方坯连铸生产过程,利用ProCAST软件建立移动切片模型,能够高效模拟连铸过程中的宏观偏析,模型分别模拟研究了不同过热度、二冷水量和拉坯速度等对宏观偏析的影响。模拟结果与碳偏析检测结果吻合良好,验证了移动切片模型模拟连铸坯宏观偏析的准确性。由于溶质浮力的影响,内弧侧的宏观偏析强于外弧侧。随着过热度的增加,铸坯中心碳偏析度从1.06增加至1.15。过热度控制在25 ℃范围内,可以保证铸坯的宏观碳偏析度控制在1.10范围内。随着连铸二冷水量的增加,铸坯中心偏析改善程度较小,铸坯中心碳偏析度从1.16降低至1.13。随着拉坯速度的增加,铸坯中心偏析呈现加重的趋势,铸坯中心碳偏析度由1.14增加至1.21,拉坯速度控制在1.4 m·min–1范围内,可保证铸坯中心碳偏析度低于1.15。      

70钢小方坯芯部质量优化

建立小方坯连铸凝固传热模型,通过测温和射钉试验校核模型,模型计算结果与测温和射钉试验结果间的相对误差分别为0.1％和0.64％,说明模型能够有效反映小方坯连铸的凝固传热情况.提高拉速后,铸坯的中心偏析和疏松加重.为优化高拉速下连铸坯的中心质量,依据模型计算结果及前人安装经验,将末端电磁搅拌安装装置由原来距离结晶器弯月面...     

连铸厚板坯轻压下技术的应用

 对首秦2号板坯连铸机轻压下工艺进行了细致的研究。通过连铸坯射钉试验对首秦2号连铸机二级冷却模型进行了校验;通过不同轻压下率试验条件下连铸坯中心偏析的程度确定了合理的、能够有效改善连铸坯中心偏析的轻压下率;通过连铸坯厚度方向不同部位碳硫元素的分析对轻压下工艺改善前后连铸坯中心偏析度进行了对比。结果表明：首秦2号连铸机二级冷却模型能够准确反映连铸坯凝固末端的位置。在拉速为0.70m/min的连铸工艺条件下,320mm厚连铸坯轻压下段为第9和第10段,合理的轻压下率应该保持在0.85～1.0mm/m之间。采用合理的轻压下工艺后,连铸坯中心偏析得到了明显改善,满足了首秦高品质中厚板对连铸坯内部质量的严格要求。     

动态轻压下模型对连铸坯内部质量改善的影响

针对南阳汉冶特钢有限公司250 mm×1 600 mm连铸坯内在质量差的情况,通过铸坯射钉试验建立了连铸动态轻压下控制模型.模型投入连铸生产使用后,可根据生产钢种工艺条件的不同实现动态二冷配水调整及轻压下参数调整,在减轻铸坯中心偏析,改善铸坯内在质量方面效果明显,极大的提高了轧后钢板探伤质量合格率.     

非平衡凝固对铸坯末端两相区长度的影响

通过分析代表性的正六棱凝固结构的微观偏析模型,结合实际多组元钢种,建立了钢的凝固过程溶质微观偏析有限差分模型。模型计算得到的非平衡固相线与Jernkontoret公布的有关实验数据吻合。20钢、45钢和U71Mn钢的280 mm×380 mm连铸坯传热计算模型的应用表明,采用非平衡固相线计算的铸坯中心两相区长度比采用平衡固相线计算的长,并且随钢中碳含量的增加而增大;修订的凝固参数与建立的模型能更准确地反映铸坯的凝固进程。     

Mathematical modeling of microsegregation in binary metallic alloys

A mathematical model was developed to calculate microsegregation in binary metallic alloys. This model utilized the mathematical techniques of the method of lines combined with invariant imbedding (MOL/II) to solve the problem of combined heat and mass transfer during and after solidification. Model predictions were compared to experimental measurements in the Al-Cu system and to other microsegregation models. The MOL/II model predicted nonequilibrium second-phase contents within ±3 pct at low and intermediate cooling rates, when dendrite-arm coarsening was included in the model. It also was able to reproduce concentration profiles reasonably well. The analytical models commonly used (equilibrium cooling, Scheil equation, Brody/ Flemings model, Clyne/Kurz model, Solari/Biloni model, and Basaran equation) in micro-segregation calculations were shown to be considerably less accurate than the numerical models (MOL/II and the Ogilvy/Kirkwood model). Formerly Graduate Research Assistant, The University of Michigan     

板坯连铸实时跟踪动态控制模型的开发与应用

基于耦合多元合金两相区凝固计算的板坯连铸凝固传热数学模型,并采用以恒定间距方式进行离散化的切片单元法开发了板坯连铸实时跟踪动态控制模型CCPS ONLINE.可根据合理的冶金准则并结合铸坯的在线跟踪信息对板坯连铸浇铸过程中的关键工艺参数(二冷水量、扇形段辊缝)进行动态调整,以获得稳定可靠的浇铸工艺条件和良好的铸坯质量.模型已投入工业应用,现场工作表明,其控制算法合理、仿真精度良好,具有较好的可靠性和实用性.     

钢铁企业能源仿真场景编制系统的研究与实现

针对目前钢铁企业能源仿真系统研究现状,结合钢铁企业生产特点,分析了影响能源产消的因素,建立了系统模型,并通过逆向物料计算、正向排程的方法对模型进行求解,最终开发了能源仿真场景编制系统。通过系统模型参数化,解决了不同钢铁企业的设备和工艺差异问题;通过生产场景编制,可以模拟故障和检修场景,同时为能源仿真系统提供作业计划输入。以两个不同钢铁企业为实例进行验证,仿真结果表明系统可以模拟不同企业,仿真不同场景,有很好的通用性和可扩展性。     

Precipitation behaviour of TiN in Nb-Ti containing alloyed steel during the solidification process

A transverse crack on the slab corner became a severe defect for Nb-containing steel due to precipitation of NbN particles along the prior austenite grain boundary. By adding Ti, the TiN particles were in priority precipitation than NbN which kept more Nb as solution condition in steel. In the present research, the formation mechanism of TiN was investigated by thermodynamics calculation and experiments. It came to the following conclusions. With an increase in the cooling rate of molten steel, the precipitation location of TiN particles moves from the γ grains boundary into the matrix. Based on the Ohnaka micro-segregation model, the precipitation behaviour of [Ti] and [N] was investigated under various solid fractions during the solidification process. As the solid fraction is larger than 0.95, the [Ti][N] value was higher than equilibrium value. Furthermore, inclusion of a high melting material such as Al₂O₃ played an important role in decreasing the nucleation potential barrier of TiN, which enhanced the formation of TiN particles in the molten steel. For micro-segregation models, according to the segregation degree at the solidification front, they can be sorted in the following sequence, Scheil?>?Ohnaka(2α)?>?B–F?>?C–K?>?Ohnaka(4α)?>?V–B?>?Lever.     

耦合枝晶凝固微观特性的连铸宏观传输模型

在建立的连铸三维宏观传输数学模型中,对枝晶凝固微观结构参数的影响效果进行了充分地耦合研究。采用微观偏析半解析模型对浇铸钢种的非平衡凝固路径进行近似确定;采用复合理论方法对两相糊状区的渗透特性加以描述;在确定多孔介质的渗透率时,考虑了枝晶凝固模式的影响效果。应用该三维耦合模型,并结合早前建立的连铸二维传热模型,针对某钢厂方坯连铸机进行了复合数值模拟研究,且研究成果已投入到铸机的实际生产中。现场生产状况表明,仿真结果具有较好的合理性和实用性,说明耦合模型具有良好的仿真精度,可广泛应用于实际连铸过程的数值仿真研究中。     

基于微观偏析模型的Mn-Cr系齿轮钢淬透性带宽

 运用凝固传热模型,计算出了连铸坯在不同凝固阶段的冷却速率,对经典的BF微观偏析模型进行了修正,并以此为基础建立了由化学成分的不均匀性导致的Mn-Cr系齿轮钢淬透性带宽预测模型,分析了不同二次冷却强度对淬透性带宽的影响。由淬透性带宽预测模型得知,20CrMnTi连铸坯试样淬透性带宽呈抛物线状分布,淬透性带宽曲线在端淬距离0～15 mm范围内呈上升趋势,距离端淬距离超过15 mm时呈下降趋势,距离端淬约15 mm处试样的淬透性带宽取得最大值;适当提高二冷区冷却强度可以缩小连铸坯试样的最大淬透性带宽。     

Numerical Simulation of Dendrite Evolution during Solidification Process

Solidificationisaverycomplicatedprocessinclud ingheatandsolutetransfer ,phasetransitionandinter facemigrationprocesseswhichdirectlyinfluencesolidi ficationmicrostructure .Solidificationmicrostructureisanimportantindextoevaluatemechanicalandotherphysicalpr…