冷却结构对连铸结晶器铜板应力分布的影响

建立板坯连铸结晶器三维有限元热弹塑性结构模型,计算铜板等效应力及冷却结构对其影响。研究表明,冷却结构和传热条件决定铜板热面特定力学行为规律,宽面和窄面热面中心线应力分布规律相似,冷却结构尺寸并不改变铜板横截面应力分布的趋势。铜板厚度每增加5 mm,结晶器上部应力仅增大5~7 MPa,而镍层区域变化明显,宽面和窄面最大增幅分别约为60 MPa和50 MPa;镍层每加厚1 mm,宽面和窄面镍层中上部应力提升约20 MPa,而窄面镍层下部应力下降较急剧;当水流量和水温差恒定时,水槽深度增加,热面中心线应力减小,每加深2 mm,结晶器上部下降不足5 MPa,而下部变化较大,最大量达20 MPa。     

制备参数对HCCM水平连铸Cu-0.36Be-0.46Co铍铜合金板材表面质量、组织和性能的影响

采用热冷组合铸型(HCCM)水平连铸工艺制备了宽度300 mm、厚度10 mm的Cu-0.36%Be-0.46%Co(质量分数)合金板材,研究制备参数对连铸合金板材固/液界面位置和形状、表面质量和组织的影响规律。结果表明:随着热型加热温度的降低、冷型段一次冷却水流量的增大和拉坯速度的降低,合金板材的表面质量随之提高。随着热型加热温度的升高、一次冷却水流量的减小和拉坯速度的增大,合金固/液界面位置从热型段向冷型段移动,沿板材宽度方向的固/液界面形状由凸向固相的“U”状转变为“W”状,且凸向固相程度增大,组织变化为粗大平直柱状晶→细长对称倾斜柱状晶→混晶→等轴晶。合理的制备参数为热型加热温度1100℃、拉坯速度50 mm/min、一次冷却水流量Qul=Qur=400 h/L、Qum=600 h/L、Qll=Qlr=400 h/L和Qlm=600 h/L。所制备的合金板材具有良好的表面质量和沿连铸方向柱状晶组织,表面粗糙度Ra=2.2μm,屈服强度和抗拉强度分别为212 MPa和353 MPa,断后伸长率为35.0%,无需表面处理可直接用于后续冷轧加工。     

水槽深度对板坯结晶器热/力行为的影响

基于某钢厂的板坯连铸机具体参数,建立了三维热弹塑性有限元模型,得到了不同水槽深度下铜板的温度、变形量和等效应力应变的分布状态。结果表明：水槽深度增加,热面温度随之减小,热面等效应力随之增大,热应变和塑性应变随之减小,热面变形随之降低。结晶器的水槽深度对结晶器热变形影响较大,当水槽深度增加4 mm,热面最大变形量减小约0.05 mm。     

Analysis of the non-uniform thermal behavior in slab continuous casting mold based on the inverse finite-element model

A full finite-element model of a mold, including four copper plates, nickel layer and water slots of different depths, was developed to reveal the complex thermal behavior of molds in slab continuous casting. An inverse algorithm was applied to calculate the heat flux and combined with the temperatures measured using thermocouples that were buried in different positions of the mold. The temperature distributions of the four copper plates are not symmetric, reflecting the non-uniform nature of heat transfer and the necessity of building a full model. The maximum hot surface temperature of the mold occurs in the region 70–100 mm below the meniscus. At heights 100 mm below the meniscus, the average temperature of the deep water slot root is higher than that of the shallow water slot by approximately 10 °C. In the off-corner regions, the hot surface temperature differences between the narrow face and wide face near the corners are approximately 20–30 °C 100 mm below the meniscus. It will provide a helpful tool for further improving the casting parameters and operations.     

切缝式软接触电磁连铸结晶器的冷却效果分析

模拟了切缝式软接触电磁连铸结晶器的冷却效果及内部钢液的凝固。结果表明：感应热在铸坯纵向上主要集中在切缝对应的位置。在径向上主要集中在约5mm厚的铸坯表层；施加感应热后，结晶器出口的凝固坯壳厚度减小约0．5mm，说明感应加热对铸坯冷却效果影响不大；高频磁场产生的感应热使结晶器热面温度提高了6K，结晶器冷面温度提高了3K，不会对结晶器的耐热强度造成较大的影响。     

热模拟试验机试样热压缩数值分析

针对热模拟试验机(Gleeble 3500)热轧试样高温压缩试验的动态变形、材料内部应力、组织损伤、动态应变量及材料各部分塑性变形差异性等问题，利用Deform 3D软件数值仿真开展研究。结果表明：随着压缩的进行，试样表面积先减少后增加，约在5 s时表面积最小，下降率为4.1%，在8.4 s后剧烈增加，增加率为14.4%。在整个压缩阶段试样两端承受应力最大约为70 MPa。破坏性损伤Damage值为0.22，应变为1.43，顶部区域变形速率最大为1.19 mm/s。空冷和淬火冷却过程中，试样顶底边界面角部区域温度下降最快，高温区域变化趋势为由长方形向圆角长方形，再向椭圆形转变。     

超高速连铸结晶器内坯壳的传热行为

超高速连铸漏斗结晶器内坯壳的生长速率对铸坯表面质量有着显著的影响。基于节点温度继承算法(NTI),运用ANSYS有限元软件建立了结晶器内钢水凝固的三维瞬态导热模型,解析了浇注温度和拉速对薄板坯传热行为的影响。研究表明,随着拉速从4.0提高到6.0 m/min,结晶器出口坯壳最大厚度由26减小到12.8 mm,结晶器出口坯壳表面最高温度从1 209增加到1 305 ℃。而浇注温度从1 550 ℃提高到1 560 ℃对坯壳的表面温度和厚度影响不大。     

连铸结晶器振动下弯月面处温度波动的模拟实验

设计了连铸结晶器弯月面处传热模拟实验，测量了在结晶器振动情况下弯月面处的温度，发现该处的温度随着结晶器的振动而产生周期性的变化，实验结果表明，结晶器振动频率越大，振动幅值，结晶器冷却强度以及结晶器与铸坏间的接触压力越小，因结晶器振动而产生的弯月面温度波动亦越小，据此认为，连铸弯月面温度波动是导致铸坯表面缺陷产生的一个重要原因，基于此“温度波动”现象，分析了包括高频小振幅振动，软接触结晶器电磁连铸，热顶结晶器等诸多技术改善坯表面质量的机理。     

脱模剂喷涂机器人末端喷头的热特性分析及实验研究

以汽车零部件压铸企业某型号脱模剂喷涂机器人末端喷头为研究对象,使用有限元仿真对若干个压铸节拍内末端喷头进行热特性分析,得到末端喷头的瞬态温度场云图。使用红外线热成像仪记录400个生产节拍内压铸机内部温度特性数据,筛选处理热成像仪温度数据,有限元仿真与实验结果的最大平均相对误差为4.74%。综合实验数据及有限元温度场可得出:脱模剂末端喷头在整个压铸生产中处于周期式的冷热循环中,喷头表面温度的最大温差达9.8℃,喷嘴面板的最大变形量为0.0836 mm,最小变形量为0.0289 mm,末端喷头的喷嘴面板有发生热疲劳的倾向。     

Application of inverse method to estimation of boundary conditions during investment casting simulation

Inverse method was used in single crystal superalloy DD6 processing simulation during solidification. Numerical modeling coupled with experiments has been used to estimate the interface heat transfer coefficient (IHTC) between the surface of slab casting and inner mold. Calculated temperature dependent values of IHTC were obtained from a numerical solution. The calculated temperatures agreed well with the measurement of cooling profile.     

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.     

Thermal deformation of aluminum alloy casting materials for tire mold by numerical analysis

Thermal deformation of aluminum alloy casting materials for manufacturing the tire mold was numerically investigated.The AC7A and AC4C casting material was selected as casting material and the metal casting device was used in order to manufacture the mold product of automobile tire in the actual industrial field.The temperature distribution and the cooling time of casting materials were numerically calculated by finite element analysis (FEA).Also,the thermal deformation such as displacement and stress distribution was calculated from the temperature results.The thermal deformation was closely related to the temperature difference between the surface and inside of the casting.The numerical analysis results reveal that the thermal deformation of AC7A casting material is higher than that of AC4C casting material.Also,the thermal deformation results at the central part are larger than that on the side of casting because of the shrinkage caused by the cooling speed difference.     

浇铸温度与模具温度对AZ91D和Mg-3Nd-0.2Zn-Zr镁合金热裂性能的影响(英文)

研究了浇铸温度和模具温度两个温度参数在重力金属型铸造中对商业AZ91D和新型Mg-3Nd-0.2Zn-Zr(质量分数,%;NZ30K)镁合金热裂性能的影响。结果表明,模具温度对合金热裂性能的影响比浇铸温度的更显著,后者的影响仅在模具温度较低时(AZ91D在341 K,NZ30K在423 K)有所显现。与只包含补缩参数的热裂模型相比,同时包含补缩参数、晶粒尺寸和合金凝固区间的热裂模型更能够准确地评价不同镁合金的热裂性能。为了获得较好的热裂抗力,建议AZ91D合金的浇铸温度为961~991 K,模具温度≥641 K;NZ30K合金的浇铸温度为1003~1033 K,模具温度≥623 K。     

K4169合金离心铸管工艺模拟及试制研究

采用ProCAST软件对K4169合金的离心铸造工艺进行了模拟研究。通过分析浇注速度、铸型转速、浇注温度及铸型温度对离心铸管充型及凝固行为的影响,获得了外径56 mm/内径38 mm的K4169合金离心铸管最佳制备工艺参数。在此工艺参数条件下,K4169合金离心铸管可实现连续稳定充型,离心铸管壁厚差为0.2 mm,内表面疏松比例小于3%,且柱状晶平均宽度为1.7 mm。结合模拟结果对K4169合金离心铸管进行试制,所制备的离心铸管显微组织中柱状晶占比80%,且晶粒组织细小,因而离心铸管具有优异的高温塑性。     

软接触电磁连铸方坯结晶器的传热分析

概述了钢的软接触电磁连铸技术的发展现状及存在的问题.根据实际生产中软接触电磁连铸的结晶器的设计参数,通过建立凝固传热过程的数学模型,分析了钢液在切缝式软接触结晶器内的凝固过程.计算了结晶器水孔内水的流速、坯壳厚度、坯壳外壁的温度.计算了钢液在结晶器内单位时间放出的总热量和平均热流,并对结晶器各壁温度进行了校验,使软接触电磁连铸结晶器满足实际生产要求.     

白铜管热型连铸的温度场

采用在铸型上定点检测温度,再用ANSYS分析软件计算温度场的方法,研究了铸型温度、冷却距离、连铸速度等工艺参数对白铜管热型连铸温度场的影响.根据温度分布曲线,求出了凝固前沿固液两相区的长度和位置,分析了工艺参数对两相区长度和位置的影响,以及由此对连铸过程和铸件质量的影响.在正确选择工艺参数从而确定两相区位置后,顺利连铸出直径10 mm、壁厚2 mm、表面光滑平直的白铜管.     

采用正交设计优化单晶合金定向凝固数值模拟参数

采用正交设计方法研究单晶高温合金定向凝固过程数值模拟所需参数对温度场和冷却曲线的影响.结果表明:单晶高温合金凝固曲线对模拟参数十分敏感,特别敏感于铸件与铸型之间的界面换热系数.通过正交设计获得边界条件参数使模拟结果与试验结果吻合良好.确定符合DD6单晶高温合金凝固过程的数值模拟边界条件.     

Er3Ni颗粒4-40 K温区表观热导率测量及其回热器漏热研究

磁性材料的应用对低温制冷机的发展有着重要的意义。目前磁性材料在液氮以下温区热物性参数的缺乏严重限制了制冷机回热器的设计与优化。研制了颗粒状磁性材料低温表观热导率测量装置,对Er3Ni在4-40 K及不同氦气压力下的表观热导率进行了测量并计算了Er3Ni热导率系数。在不同温区的测试结果表明,真空状态下,Er3Ni颗粒表观热导率为0.11-0.22 W/m·K,对应的热导率系数为0.31-0.53;当氦气压力增大至1.4-2.2 MPa后,表观热导率趋于稳定,稳定后的平均值为3 W/m·K,对应的热导率系数为7。进一步研究了Er3Ni型回热器不同工况下的漏热特性,提出了丝网与颗粒混合填充的方案以降低冷热两端的轴向漏热。结果表明,在Er3Ni回热器中混合填充尼龙网和316 L不锈钢丝网后制冷性能显著提高,在1.6 MPa压力下漏热降低幅度分别高达12%和8%。     

横向铸造结晶器的改进

介绍一种用机械套装的热顶代替传统的手工制作的喇叭碗或硅酸铝纤维套的结晶器。具有使用寿命长、经济效益好，更有利于抑制铸锭偏析瘤的特点。同时铸造温度范围更宽，铸造速度可达２２０ｍｍ／ｓ。     

薄板坯连铸结晶器铜板的三维传热分析

建立了薄板坯连铸结晶器铜板的三维传热数学模型,特别是对结晶器铜板冷面的水槽和背板部分采用了交替配置不同的边界条件处理,利用Visual Fortran语言自编程序计算结晶器铜板温度场.通过对一典型薄板坯连铸结晶器铜板模拟分析,发现铜板热面温度呈现云层分布,冷面温度呈冰柱状分布.分析了各种工艺参数(拉速、铜板厚度、冷却水流速等)对结晶器铜板温度场的影响,典型位置上的计算结果与现场测量数据符合较好,为优化生产工艺参数和结晶器设计提供理论依据和实际参考数据.