连铸坯凝固组织的数值模拟

以莱钢特钢事业部50 t电炉生产线生产28MnCr5的连铸过程为研究对象,运用ProCAST软件的CAFE模块对28MnCr5齿轮钢小方坯的凝固组织进行模拟,研究不同过热度对铸坯凝固组织的影响。结果表明：浇钢过热度在10～40 ℃变化时,对结晶器的初生坯壳厚度影响很小,浇钢过热度提高,铸坯柱状晶枝晶明显变发达,等轴晶率显著减小。当过热度在10～20 ℃时,铸坯凝固组织符合28MnCr5对凝固组织的等级要求。     

连铸工艺参数对高碳钢小方坯凝固组织的影响

通过CAFE模型,对SWRH82B钢小方坯的凝固组织进行数值模拟,研究了中间包钢水过热度、连铸坯拉速、二冷比水量对铸坯凝固组织的影响规律。结果表明,钢液过热度从5℃增加到45℃,铸坯的等轴晶率从39.7%不断减小到23.1%,晶粒尺寸变大;过热度为25~35℃时,等轴晶率和晶粒尺寸变化小。二冷比水量从0.5 L/kg增加到0.8 L/kg时,铸坯等轴晶率逐渐从34.4%减小到29.2%,但是晶粒尺寸不断变大。比水量达到0.8 L/kg后,继续增加将不再减小铸坯等轴晶率,但是会细化晶粒。拉速从1.25 m/min提高到2.25 m/min,铸坯等轴晶率由29.1%不断增大到38.3%,晶粒也随之不断细化。     

连铸工艺参数对430铁素体不锈钢等轴晶率的影响

在工业试验条件下分析了电磁搅拌电流强度、中包过热度和二冷水强度对430不锈钢连铸坯等轴晶率的影响规律.结果表明:430不锈钢连铸坯低倍组织由柱状晶和等轴晶组成;等轴晶率随电流强度的增大而依次增大,随过热度的减小而依次增大;采用较小的二冷水强度,430不锈钢低倍组织中的等轴晶率高.在电流强度为1 700A、中包过热度为20℃、二冷水比水量为0.95 L/kg时,430连铸坯生产的制品表面无起皱现象发生.     

320 mm×410 mm断面重轨钢连铸坯宏观偏析控制关键技术

针对320 mm×410 mm断面生产重轨钢宏观偏析较大的问题,在分析该断面生产重轨钢宏观偏析控制工艺难点的基础上,开展了电磁搅拌电流强度对比试验、重压下压下总量对比试验以及过热度与拉速匹配对比试验,获得了该断面生产重轨钢宏观偏析控制的最佳连铸工艺参数。试验结果表明,结晶器电搅电流强度600 A、2.4 Hz,凝固末端电搅电流强度330 A、7 Hz,重压下总压下量19～22 mm,过热度控制20～35 ℃、拉速控制0.70～0.72 m/min,生产的重轨钢连铸坯中心等轴晶率平均为41.2%,连铸坯中心偏析≤0.5级的比例达到85%,断面碳偏析指数控制在0.95～1.07,连铸坯质量较好,生产的钢轨质量满足标准要求,形成了320 mm×410 mm大方坯连铸重轨钢宏观偏析控制关键技术。     

铁素体不锈钢铸坯凝固特性及等轴晶率控制

具有较高等轴晶率的铁素体不锈钢连铸坯可以显著避免冷成型加工过程中的皱折缺陷。采用了低倍组织观察、第二相特征分析以及凝固模型计算的方法研究了含Ti、Nb双稳定化超纯铁素体不锈钢的凝固特性以及等轴晶率控制机理。结果表明,当Ti和Nb加入到铁素体不锈钢中,连铸的等轴晶率显著提高;模型表明铸坯凝固参数的变化规律基本一致,然而钢中第二相粒子的成分及形貌发生显著变化,第二相粒子的非均质形核能力显著增强。本研究建立的凝固模型可以较好预测连铸坯的CET转变,同时指出稳定地提高铁素体不锈钢连铸坯的等轴晶率需要对钢中微量元素含量、核心形核效果以及冶炼过程进行合理设计。     

连铸工艺对方坯凝固组织影响的数值模拟

铸坯凝固组织特征对于连铸坯粗坯质量具有重要影响。通过建立重轨钢U71Mn方坯连铸过程中传热和凝固组织模拟数学模型,研究了CA模型特征参数和连铸操作工艺参数对于凝固组织特征的影响规律。研究结果表明：平均形核过冷度控制柱状晶区域,随着该值的增大,柱状晶区域也随之增大;最大形核密度控制晶粒尺寸,该值越大晶粒的尺寸则越小。连铸拉坯速度波动在±0.5m/min时,最终铸态组织特征并没有明显变化,而浇注温度对于最终铸坯组织结构具有较大的影响,晶粒平均半径由15℃的1.555mm增加到45℃的1.721mm,并且中心等轴晶比例逐渐减小。因此,连铸生产过程中,在满足钢液顺利浇注的条件下,降低浇注钢液的过热度会很大程度上改善重轨钢内部组织结构,提高铸坯内部质量。     

GCr15轴承钢大方坯宏观碳偏析形成机理及二次冷却调控机制研究

以国内某钢厂GCr15轴承钢连铸坯实际生产为研究对象,建立了GCr15轴承钢连铸坯凝固传热-微观组织耦合模型,通过研究不同连铸二次冷却模式下大方坯凝固组织特征参数（二次枝晶间距(SDAS)、中心等轴晶率(ECR)）的变化规律,阐明了二次冷却模式对GCr15轴承钢连铸坯凝固组织的影响机理。在此基础上,结合工厂试验与数值模拟分析,阐述了凝固组织特征对宏观碳偏析的作用机理。综合以上研究,揭示了GCr15轴承钢连铸坯二次冷却模式-凝固组织特征参数-宏观碳偏析的作用关系,从“宏-微”观角度提出,通过改善二次冷却调控机制,优化铸坯凝固组织结构,进而减轻GCr15轴承钢的宏观碳偏析。     

二冷区电磁搅拌换向周期对薄板坯中心等轴晶率的影响

在高拉速的薄板坯连铸过程中，增加等轴晶率对提升连铸坯凝固质量的提升至关重要。采用三相凝固模型对三维全尺寸薄板坯连铸过程中的流动模式和等轴晶率进行数值预测，分析了二冷区电磁搅拌换向周期对薄板坯中心等轴晶率的影响。研究结果表明，高温钢液在漏斗型结晶器内迅速凝固，结晶器出口处的铸坯凝固率达37%。当采用恒定方向电磁搅拌时，熔池内部形成上下两个环流，两者被中间聚集的过热钢液分隔，上环流核心区钢液处于过冷状态。当采用换向电磁搅拌后，二冷区会形成四涡甚至五涡的流动模式。随着换向周期的增加，等轴晶率先增加后降低，换向周期为16 s时对等轴晶率提升最明显，相较于恒定方向搅拌提升了17%,并且等轴晶相分布更加均匀。     

过热度对轴承钢凝固组织整体形貌特征及渗透率的影响

引入分形维数和比表面积对GCr15轴承钢连铸方坯的凝固组织整体形貌特征进行定量描述,并基于此计算枝晶通道的渗透率.结果表明,分形维数可描述凝固组织形貌的自相似复杂程度,比表面积可描述凝固组织的粗化程度.与高过热度(35℃)相比,低过热度(20℃)下生产的铸坯其分形维数较小,比表面积较大,且等轴晶区的渗透率较小;即低过热...     

低压脉冲磁场对铸态IN718高温合金凝固组织细化的影响

研究低压脉冲磁场对IN718高温合金凝固组织细化的影响。结果表明：在低压脉冲磁场作用下可以获得完全细小的等轴晶组织。熔体冷却速度和过热度显著影响低压脉冲磁场的细化效果,降低冷却速度和过热度有利于提高脉冲磁场的细化效果。利用商业有限元软件模拟计算高温合金凝固过程中熔体中的电磁力和流场分布情况以揭示脉冲磁场的细化机制。认为脉冲磁场引起的熔体对流,以及同熔体冷却速度和过热度的合理配合是合金凝固组织细化的主要原因。     

结晶器喂钢带连铸坯凝固过程的数学模拟

利用旅行薄片微元体能量守恒原理,引入喂钢带相对速度参量,发展了连铸凝固旅行薄片数学模型.采用有限体积法,用Visual Basic语言独立编制源码模拟程序,并对一典型喂钢带的连铸工艺进行模拟分析,得到了连铸坯温度分布和喂进钢带凝固状态的曲线.结果证明,喂进钢带改变了结晶器内温度场的分布和传统的由表及里凝固方式,钢带在结晶器内先凝固后熔化,降低了钢水过热度和铸坯断面温度梯度,使得温度分布更有利于等轴晶结晶过程的进行,有利于铸坯断面形核率的提高.同时该模型也给出了钢带尺寸、拉速和过热度等参数对连铸坯凝固过程的影响.     

连铸管坯的缺陷

<正> 肉眼观察时,连铸坯缺陷可分为内部缺陷、外表面缺陷和形状缺陷。一、内部缺陷一部分内部缺陷与连铸时的凝固条件有关,因此首先说明连铸坯的组织。一般情况下,连铸坯的凝固组织由三个区域组成:外层等轴晶区、柱状晶区和芯部等轴晶区。外层细晶粒区是由于钢液与水冷的结晶器接触时有强烈的散热而形成的。当钢液存在局部较大的过冷度时,形成无数的晶核,由此而形成细小的多边形晶粒。继续凝固时,沿温度梯度大的方向上的晶粒比其     

控制钢液过热度提高连铸坯质量与产量

连铸浇钢控制合理的过热度，可以获得低倍质量好，等轴晶粒高的连铸坯，提高连铸产量，降低拉漏率。     

铝合金连续铸造过程CET位置判据的研究

柱状晶向等轴晶转变(CET)是在一定的凝固过程中必须控制的一种显微组织转变.本文针对铝合金连铸坯凝固过程中柱状晶向等轴晶的转变,综合运用了正交试验研究、数值模拟计算、数学拟合等方法,分析了连铸过程主要工艺因素拉坯速度、一冷水量、二冷水量和浇注温度对连铸坯凝固过程中柱状晶向等轴晶转变位置的影响,提出了柱状晶向等轴晶转变的转变位置判据,即当连铸坯某一位置处的固相率等于0.3时,温度梯度G与冷却速度R满足函数关系G0.8072/R=0.469时,在该位置处将发生柱状晶向等轴晶的转变.     

基于CAFE法对连铸坯凝固组织模拟及影响因素研究

应用CAFE法对中碳45钢的凝固组织进行了模拟研究。分别对连铸工艺参数和模拟凝固组织的形核参数进行了分析,其中工艺参数包括浇注温度和拉坯速度,形核参数包括平均形核过冷度和最大形核密度。结果表明,工艺参数和形核参数均对凝固组织有影响;平均形核过冷度的增大和浇注温度的提高,会降低凝固组织中的等轴晶率;最大形核密度和拉坯速度的增大,使得凝固组织中等轴晶率减少。     

低过热度方坯连铸充型过程动态数值模拟

借鉴板带铸轧立坯之前的跑钢过程,提出了一种低过热度强迫浇注连铸技术,即通过旋转的冷却辊将液态金属冷却,并强迫其注入结晶器,以降低钢水的过热度,起到提高传热效率和改善铸坯内部组织的目的。运用流体力学分析软件,对低过热度浇注和普通浇注结晶器内钢水充型过程进行动态模拟,得到了充型过程的速度分布图和不同时刻的温度分布图。结果表明,双辊冷却低过热度浇注在充型过程中可以降低钢水过热度,加快结晶器内钢水的凝固。     

合金元素对34Mn2V钢凝固组织的影响

为改善34Mn2V钢大圆坯断面凝固组织结构,采用CAFE′法对断面凝固组织进行了模拟计算,研究了钢液中主要合金元素含量对凝固组织的影响规律。模拟结果表明:在钢种成分允许范围内,适当提高Si含量有助于增加晶粒数目和中心等轴晶率、减小晶粒平均半径,当Si含量超过一定限度后,三者将保持平稳不再大幅变化;Mn含量的提高也可增加形核数目和中心等轴晶率,但增幅相对较小;V含量的调整几乎不能引起凝固组织结构的变化。对34Mn2V钢主要合金元素含量进行优化调整后,模拟结果显示,铸坯凝固组织中的晶粒数目较优化前增加了27.71%,晶粒平均半径减小了18.75%,中心等轴晶率增加了43.24%,凝固组织结构较为理想。     

功率超声对T10钢凝固特性的影响

采用功率超声对T10钢的凝固过程进行处理，分析了功率超声对T10钢凝固组织和凝固冷却曲线的影响，并在此基础上探索了超声空化和声流效应对T10钢凝固过程的作用机理。结果表明，功率超声能够细化T10钢凝固组织、缩短凝固时间、降低凝固开始温度，超声波功率为700W时得到均匀细小的等轴晶。     

连铸坯凝固过程的数值模拟研究

研究了拉速和过热度相关工艺参数对铸坯温度场的影响规律,利用Fluent软件模拟石油套管用钢37Mn5铸坯的连铸凝固过程,分析了连铸坯凝固传热过程的温度场。讨论了不同过热度和拉坯速度条件下铸坯温度场的分布情况。总结了连铸圆坯凝固过程的传热特点,优化了工艺参数。结果表明,优化后的工艺参数可以指导生产实践。     

电磁搅拌对Q345D连铸坯凝固组织的影响

以五矿营口中板有限责任公司(简称五矿营钢)生产的Q345D钢种为研究对象,借助商业软件ProCAST,采用元胞自动机-有限元耦合方法对不同二冷区电磁搅拌强度下,Q345D钢连铸坯凝固组织进行了数值模拟研究。同时,与有无电磁搅拌条件下实际生产的连铸坯组织对比分析,证明模拟结果与试验结果吻合。研究结果表明:当频率为6 Hz,电磁搅拌强度从0 A增加到400 A时,连铸坯内部等轴晶比例逐渐增加,从19.99%增长到了41.39%;晶粒平均半径从1.73×10~(-3)m减小到1.68×10~(-3)m,晶粒平均尺寸从8.21×10~(-6)m~2减少到6.99×10~(-6)m~2,晶粒细化明显。与未施加电磁搅拌相比较,在电磁搅拌的作用下,随着电磁搅拌强度的增加,连铸坯质量有了显著的改善。