结晶器铜管锥度曲线设计与研究

首先简要论述了结晶器内钢液凝固收缩的机理,然后介绍了近年来国内外有关方坯高拉速连铸结晶器的发展情况,概述了锥度曲线设计的类型和发展。综合考虑结晶器内坯壳凝固收缩特性以及前人在锥度设计方面的经验,本文根据某钢厂对结晶器铜管的设计要求,通过对铜管变形以及铸坯温度场的数值模拟,根据坯壳收缩以及铜管的变形规律来设计锥度曲线。所设计的锥度能够很好地适应坯壳的凝固收缩特性,为进一步提高拉速提供了基础。     

异形坯连铸结晶器锥度的优化设计

针对750mm×450mm×120mm异形坯,使用有限元软件建立了铸坯在结晶器内的传热、凝固、收缩及异形坯结晶器铜板热力耦合分析模型。在分析拉速对铸坯收缩、结晶器铜板温度及其变形的影响的基础上,确定了异形坯结晶器铜板的参考锥度,为异形坯结晶器的设计提供参考。     

H型钢异型坯连铸结晶器内气隙分布研究

H型钢异型坯在连铸过程中容易出现表面裂纹,设计准确的结晶器锥度可有效减少裂纹的发生。为了分析异型坯连铸结晶器锥度问题,建立了异型坯连铸结晶器内热力耦合模型,使用多载荷步法求解实现铸坯应力遗传行为,描述了结晶器内铸坯各个面气隙的生长历程。研究结果表明:异型坯腹板、R角未产生收缩,翼缘端面、窄面会在结晶器内产生气隙,最大分别为0.96 mm、0.65 mm。可为研究H型钢异型坯结晶器内收缩特性、锥度设计提供可靠的理论和生产依据。     

圆坯连铸结晶器锥度的优化设计

建立了φ180mm圆坯二维热应力模型。根据φ180mm圆坯的数学传热模型,结合实测的边界条件计算出不同拉速下铸坯的收缩规律;建立了结晶器二维热应力模型,计算不同拉速下结晶器的温度场和变形量,从而设计出不同拉速下φ180mm圆坯的连铸结晶器锥度。结果表明,结晶器的最优锥度为多锥度的抛物线曲线,结晶器的锥度随着拉速的升高而减小。     

薄板坯连铸结晶器内钢液凝固行为的研究

针对薄板坯连铸漏斗型结晶器内凝固过程,采用热弹塑性有限元法,考虑铸坯与铜板的接触状态,建立了热力耦合模型。模拟分析了铸坯经过结晶器过程中坯壳内的温度场和应力场,得到了凝固坯壳形成过程的传热和变形规律。模拟结果表明：铸坯角部温度高于宽面和窄面中心温度并出现两个平台期;两个弧线段交界区域出现应力峰值,是铸坯裂纹敏感区。该结果为漏斗型结晶器形状的设计、结晶器锥度的优化以及提高连铸坯质量提供理论依据和技术基础。     

方坯连铸结晶器三维传热模拟

采用ANSYS有限元软件,以方坯连铸结晶器为研究对象,基于节点温度传递方法、利用ANSYS接触分析技术建立方坯连铸结晶器三维瞬态传热有限元模型,分析了结晶器内铸坯和结晶器铜壁的三维温度场及结晶器内铸坯坯壳分布规律。结果表明,弯月面区域铜壁温度较低,上口接近水缝内冷却水温度;弯月面下50 mm处结晶器铜壁温度最高,达到157℃;模型计算所得结晶器铜管高温区域形状与实际生产中下线铜管高温过烧区域形状基本一致;铸坯表面偏离角部30 mm处角部影响消失,铸坯表面温度趋于一致。     

钢连铸圆坯结晶器锥度数值模拟优化

基于有限元软件ANSYS,建立了二维连铸圆形结晶器内钢水凝固传热及弹塑性应力有限元瞬态分析模型.从物理现象的本质特征出发,钢坯传热边界采用与气隙相关的热流密度修正函数,建立与温度相关的热物性参数、力学性能和屈服函数.在二次开发的基础上,利用多场间接耦合的方式,对4种圆坯的凝固收缩变形过程进行数值模拟研究.模拟结果显示,钢种、碳含量和拉坯速度对铸坯边界凝固收缩影响显著.在结晶器高度方向上,结晶器锥度为明显的分段抛物线连续曲线,在结晶器出口处,4种圆坯边界凝固收缩量分别达到2.20 mm、3.41 mm、3.79 mm和4.29 mm,以铸坯边界的凝固收缩曲线和结晶器基本设计原则为依据,完成抛物线型连续锥度结晶器型腔的统一设计.     

连铸Φ600mm大圆坯结晶器锥度设计

在连铸过程中,结晶器锥度对提高连铸机的产量,改善铸坯的质量,延长结晶器的寿命都起着决定性的作用。采用有限元方法计算了Φ600 mm大圆坯连铸过程铸坯的温度收缩、结晶器内温度分布及变形,并通过结晶器的内腔尺寸计算出圆坯结晶器锥度。结果表明:铸坯尺寸越大,结晶器长度应适量减小;如果采用双锥度,从弯月面到弯月面以下200 mm,结晶器锥度为2.33%/m,从弯月面下200 mm到结晶器出口锥度为0.78%/m;如果采用连续变化的锥度,锥度从最大的2.89%/m到最小值0.14%/m呈线性连续变化。     

方圆坯连铸结晶器锥度的测量及分析

在连铸过程中,结晶器锥度对提高连铸机的产量、改善铸坯质量、延长结晶器的寿命都起着决定性的作用。本文简要介绍了连铸中结晶器锥度的作用,分析了方坯及圆坯结晶锥度的设计原则,并以不同方坯及圆坯结晶器内腔尺寸测量数据为基础,分析了结晶器锥度在生产过程中存在的问题。     

结晶器铜管抛物线型连续锥度设计系统

由于钢水的凝固收缩,在结晶器铜管内壁和凝固坯壳之间形成气隙.气隙对结晶器的传热与铸坯凝固有重要影响.为了减少气隙,结晶器内腔加工成带有倒锥度的形式.锥度过大过小都会带来一定的质量问题并影响生产顺行.因此,结晶器锥度设计是高效连铸技术的关键要素之一.在系统分析国内外结晶器常用设计方法的基础上,提出了一个抛物线锥度设计的计算模型并形成应用软件.为高效连铸结晶器设计提供了理论基础.     

基于数值模拟的形状优化方法在冒口设计中的应用

基于数值模拟结果将结构优化领域中的形状优化方法应用于浇冒口的设计过程,建立设计、分析和优化的集成系统.针对铸造工艺建立了优化模型,并给出设计变量的灵敏度分析公式,首次利用全局收敛法(GCM)自动获取优化过程的搜索方向和搜索步长.最后给出一个冒口优化设计的算例,证明该优化模型和算法的可靠性,在保证铸件质量的同时达到了材料损耗最小的目的,实现了浇冒口系统参数的自动化设计.     

圆坯连铸结晶器锥度优化设计

本文建立圆坯Ф180二维热应力模型。根据圆坯Ф180的数学传热模型,结合实测的边界条件计算出不同拉速下铸坯的收缩规律;建立结晶器二维热应力模型计算不同拉速下结晶器的温度场和变形量,从而设计出不同拉速下圆坯Ф180的连铸结晶器锥度。结果表明,结晶器的最优锥度为多锥度的抛物线曲线,结晶器的锥度随着拉速的的升高而减小。     

铝合金压铸件凝固过程中的瞬态温度场分析

建立了铝合金压铸件的有限元模型,确定了温度场模拟的初始条件和边界条件;结合材料的热物性,利用AN-SYS软件对A380.0铝合金压铸件凝固过程中的温度场进行了模拟,得到了铸件各点温度随时间变化的规律,模拟结果反映了铸造系统温度的变化过程。结果表明：利用ANSYS模拟温度场运算速度快、结果比较准确,为热应力分析提供了温度场条件,并给压铸优化设计提供了依据。     

小方坯高速连铸结晶器温度场和应力场的有限元模拟

在高效连铸过程中,结晶器的传热效率起着至关重要的作用.根据小方坯结晶器的传热特点,应用三维非稳态有限元传热数学模型对小方坯结晶器在浇注过程中的温度进行了模拟,获得结晶器温度场分布及变化情况;同时利用六面体八节点单元,建立结晶器的三维应力模型,利用小方坯结晶器温度场的计算结果,模拟了不同结晶器铜板厚度的应力,结晶器壁越薄,变形越严重,应力越大.结果表明,合适的结晶器厚度为10mm.     

方圆坯连铸结晶器传热分析及温度场仿真研究

连铸结晶器的工作物理环境极其复杂,其温度场难以确定和分析。本文依据经典传热理论,探讨分析了结晶器的传热现象,建立了描述结晶器温度场的数学和物理模型,并根据实际工况确定了相关参数,对方坯结晶器和圆坯结晶器两种不同简化模型进行了温度场有限元仿真分析,其结果可为结晶器的结构设计和监控提供理论依据和参考数据。     

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。     

Numerical simulation and optimization of shell mould casting process for leaf spring bracket

Although the shell mould casting process has a wide range of application in many fields,the prediction of casting defects is still a problem.In the present work,a typical leaf spring bracket casting of ZG310-570 was fabricated by shell mold casting.The finite element model and ProCAST software were utilized for simulating the filling and solidification processes of the casting;and the formation mechanism of the gas pore,and shrinkage porosity defects were analyzed.The results indicate that the gas pore and shrinkage porosity defects are formed due to air entrapment,insufficient feeding and non-sequential solidification.Subsequently,through changing the position of risers,adding a connecting channel between the risers,and setting blind risers at the U-shaped brackets,an optimized gating and feeding system was established to improve the quality of the casting.After optimization,the gas pore and shrinkage porosity defects of the leaf spring bracket casting are effectively eliminated.The experiment results with the optimized casting process are in good agreement with the numerical simulation,which verifies the validity of the finite element model in the shell mould casting.     

方坯及圆坯结晶器锥度的测量及分析

简要介绍结晶器锥度的作用,并且对方坯及圆坯结晶器锥度设计的原则进行分析,最后以测量方坯及圆坯结晶器内腔尺寸数据为基础,分析结晶器锥度在生产过程中存在的问题.