连铸坯初始凝固控制技术的发展

分析了连铸坯初始凝固区域钢液的凝固行为,研究了铸坯表面缺陷形成机制及其与结晶器内钢液初始凝固行为关系,探讨了国内外连铸坯初始凝固控制技术的冶金原理及优缺点。     

基于多场耦合模型的连铸结晶器内钢液凝固行为分析

针对连铸结晶器内钢液的流动、传热、凝固耦合变化问题,应用连续介质力学和能量守恒理论,建立了板坯连铸结晶器内钢液流动、传热和凝固的三维非稳态数学模型。在此基础上,应用COMSOL软件进行数值模拟和分析。将耦合模型计算得到的凝固坯壳厚度与经验公式进行对比验证,总体符合较好。结果表明,结晶器内钢液流动的基本特征与单流场模型相比并没有发生变化。但是,钢液的上、下回流涡心到自由面的距离及流股冲击深度均有所减小。在靠近结晶器窄面的部分区域由于凝固坯壳的形成,不会出现钢液流动现象。由于凝固坯壳的存在,自由面钢液流速变大,自由面钢流波动更加剧烈。由于钢液的强制对流传热,结晶器内部钢液温度并不是由内到外逐渐降低的,而是出现了小幅度的波动。在结晶器出口处钢液温度较低,且分布不均匀,部分区域温度梯度较大。由于钢液的对流作用促进了钢液的热量传递,结晶器出口处窄面、宽面及角部凝固坯壳更厚。     

拉速液位与结晶器出钢温度的关系研究

结晶器液位和铸坯拉速可直接影响结晶器内钢液温度.本文基于数值模拟和钢液凝固机理,建立起结晶器内钢液液位和铸坯拉速对其出钢口处钢液截面平均温度和坯壳温度的制约关系.仿真结果表明,所建立的关系模型能够反映结晶器出钢口处坯壳表面温度的动态变化,及间接地预知坯壳厚度目的.     

应用Fluent对40Cr管坯水平连铸过程中温度场及传热的研究

以水平连铸40Cr圆坯结晶器内温度场分布为研究对象,采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验共同研究了管坯在不同拉坯工艺条件下,结晶器内40Cr钢液温度场分布及凝固传热过程,并对不同拉坯参数下铸坯试样进行了检测分析.分析结果表明:水平连铸拉坯工艺参数:拉速V=2.35 m/min,浇注温度T=1540℃,中间包过热度△T=36℃的拉坯参数下,结晶器内的温度场分布均匀稳定,铸坯质量好,产量高.采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验可以有效地分析在不同拉坯工艺条件下水平连铸结晶器内的温度场分布及凝固传热过程,制定合理的拉坯工艺参数,减少管坯缺陷的发生,提高铸坯质量.     

平行板型薄板坯连铸结晶器中钢液流动、凝固及溶质分布的三维耦合数值模拟

针对薄板坯平行板型连铸结晶器,建立了Fe—C二元合金紊流流动、凝固及溶质传输的三维耦合数学模型;并与水口模拟计算相结合,计算、分析了薄板坯平行板型结晶器内钢液的紊流流动、凝固及溶质分布．计算结果表明,由于薄板坯厚度尺寸限制,钢液液流冲击深度相对传统板坯明显减小,出水口射流对窄壁的冲击减弱,而对铸坯宽面的冲刷加强．出结晶器后,钢液流动变为向下的均匀平推运动．在结晶器出口处,由于钢液流动、凝固及溶质传输的相互作用,使得铸坯宽面靠近窄壁处的凝固壳厚度最薄,并在此处产生溶质分布强烈变化,易导致拉漏缺陷．     

连铸结晶器内坯壳安全凝固的研究

为了避免连铸结晶器内坯壳凝固厚度不足,易出现断裂拉漏的危险,需要对结晶器出口处坯壳安全厚度进行研究。通过建立凝固数学模型,对热流密度边界条件进行设计,模拟结晶器内钢液的液相分数,推导结晶器出口处坯壳厚度。采用经验安全厚度与模拟坯壳厚度对比,验证边界热流密度的准确性。进行Gleeble热/力高温力学试验,分析连铸坯材料高温屈服极限及高温弹性极限,应用高温屈服极限界定坯壳出结晶器时安全温度范围,应用高温弹性极限及安全温度范围对坯壳出结晶器时经验安全厚度进行修正。     

宽断面板坯结晶器内钢水流动、传热和凝固过程的数值模拟

建立了求解宽断面板坯结晶器内的钢液流动、传热和凝固数学模型,研究了不同浸入式水口结构、铸坯宽度、铸坯厚度和拉速等工况条件下,宽断面板坯结晶器内的流动、传热和凝固行为。结果表明：随着铸坯的宽度从1 800 mm增加2 200 mm时,从浸入式水口侧孔出来的射流在结晶器下部的影响范围更广;宽断面结晶器中的浸入式水口结构对不同铸坯断面和拉速下的流动和凝固行为产生较大的影响;在生产中需根据宽断面结晶器的流动及传热特点进行水口结构及工艺参数的优化。     

连铸结晶器内圆坯热力行为分析

连铸结晶器内铸坯的凝固行为直接影响着铸坯质量。为了清楚的认识结晶器内铸坯的凝固过程,建立了二维圆坯结晶器内钢水凝固传热及弹塑性应力瞬态分析模型,基于商业有限元软件ANSYS的直接耦合法模拟计算了圆坯在结晶器冷却过程中的温度及应力分布、坯壳厚度和收缩量。模拟结果表明:圆坯出结晶器坯壳厚度为15.5mm,边界收缩量为0.5mm,圆坯表层处于压缩状态,而内部处于拉伸状态。     

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。     

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。     

Derivation and application of time step model in solidification process simulation

The heat transfer during the casting solidification process includes the heat radiation of the high temperature casting and the mold, the heat convection between the casting and the mold, and the heat conduction inside the casting and from the casting to the mold. In this paper, a formula of time step in simulation of solidification is derived, considering the heat radiation, convection and conduction based on the conservation of energy. The different heat transfer conditions between the conventional sand casting and the permanent mold casting are taken into account in this formula. The characteristics of heat transfer in the interior and surface of the casting are also considered. The numerical experiments show that this formula can avoid computational dispersion, and improve the computational efficiency by about 20% in the simulation of solidification process.     

保护渣碱度对薄板坯结晶器平均热流量的影响

在钢的连铸过程中,钢水在结晶器内的凝固对铸坯的产量和质量均有很大影响,几乎所有的铸坯表面缺陷均形成于结晶器内。近年来,随着连铸拉速的增加及对铸坯表面质量要求的提高,有关结晶器冷却、传热对钢水的初始凝固及表面纵裂纹影响的研究成为连铸科学研究的重点。结晶器壁热流不均是纵裂纹产生的有利环境,保护渣控制传热为常用的措施。薄板坯浇铸时由于拉速高,为获得表面无缺陷铸坯,对保护渣控制传热的要求更高,同时也需协调保护渣的润滑功能。通过生产试验,研究比较3种碱度保护渣（CaO/SiO2分别为1.06、1.26和1.48）对薄板坯结晶器平均热流量的影响,发现与低碱度保护渣相比,使用高碱度保护渣时,结晶器热流量最低,有利于实现弱冷却,形成均匀凝固坯壳,在一定拉速条件下浇铸裂纹敏感钢种时有助于获得良好表面质量的铸坯。     

YL112铝合金压铸充型凝固过程的数值模拟

简要介绍充型凝固过程数值模拟的实际意义，分析了充型凝固过程数值模拟的特点，利用建立的数学模型对YL112铝合金压铸件进行了模拟。通过对模拟结果的分析，预测了铸件在充型凝固过程中可能形成的缺陷，基本上与实际相符，并对现行的工艺方案提出了一些改进措施。     

铸造充型与凝固过程的变网格数值模拟研究

鉴于充型过程的模拟计算极为复杂，是铸造模拟过程中耗时最多的部分，为缩短充型过程计算时间，提高计算效率，提出了一种利用变网格进行模拟计算的新思路，即采用不同的空间步长分别模拟计算充型和凝固过程，在充型过程的模拟计算中采用比较大的网格，而在凝固过程的模拟计算中采用比较细的网格，并设计程序模块实现两种网格之间的转换和对应，使得充型过程结束时刻的大网格系统温度场能够精确完整地转换为凝固过程开始时刻的细网格系统的温度场。对这种变网格方法进行了验证，并对实际零件进行了模拟分析。结果表明，变网格方法是一种提高模拟计算效率的有效方法，这种方法能够克服充型和凝固过程采用统一的细网格进行模拟计算而产生的计算时间过长，效率低的缺点，使得铸造过程数值模拟的计算速度大大提高，而计算结果仍能满足工程实用的要求。     

激振频对振动凝固铸件残余应力的影响

理论分析和试验研究表明，采用不同的激振频率对金属型铸件进行振动凝固时，由于铸型系统的各部分位移振幅不同，铸件的铸造残余应力水平不同。其中采用铸型系统的低阶固有频率时，铸造残余应力水平最低，可免于时效处理。     

仿真技术在消失模铸造中的应用

随着计算机技术的发展,装备数字化、网络化、智能化是铸造技术革命的核心技术之一,仿真装备和技术作为铸造装备重要部分在铸造中逐步被应用。芜湖新兴铸管研究所通过仿真分析,为后期量化和批量化生产提供依据。消失模铸造充型仿真虚拟,实现了液态金属充型与凝固过程虚拟的可视化,为反复再现液态金属充型与凝固过程、预测铸造缺陷提供了依据,对工艺改进起到了辅助作用,减少了通过实际浇注试验来确定其铸造工艺的次数,降低了成本和对环境的污染。     

电磁搅拌下连铸方坯凝固组织模拟

运用ProCAST软件对连铸方坯凝固过程进行仿真模拟,同时利用CAFE模块对连铸坯凝固组织进行预测,模拟结晶器有无电磁搅拌条件下连铸坯凝固组织。仿真结果表明,电磁搅拌明显缩小柱状晶区、增大中心等轴晶区;对结晶器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。     

连续铸造凝固过程数值模拟的研究进展

介绍连续铸造凝固过程数值模拟的研究内容，包括连续铸造结晶器区的流场、温度场数值模拟和流场、温度场、浓度场三场耦合数值模拟以及新型连铸技术数值模拟的研究概况，提出连续铸造数值模拟的发展方向。     

充型过程流动及其对凝固进程影响的研究

建立了充型及凝固过程温度场和流场的耦合模型 ,研究了充型及凝固过程铸型内金属液速度场的变化情况 ,并进一步分析了三种不同条件对铸件凝固进程的影响。结果表明 :对于常规的中大型铸件 ,充型过程的流动对铸件的凝固进程的影响较小 ,可以忽略     

铝合金石膏型精密铸件凝固过程数值模拟与实验验证

应用自行开发的铸件充型及凝固模拟系统,对铝合金石膏型精密铸件的凝固过程进行了数值模拟。采用自行设计制备的多通道自动测温装置,对所模拟的铸件进行现场测温。为了提高模拟精度,对铸件铸型热物性参数进行了实测,并采用最小二乘法进行拟合。通过计算机模拟预测了铸件的缩孔区,分析了铸件缺陷产生的原因,提出了合理的工艺方案,消除了铸件内缩孔的发生。实验验证的结果表明,数值模拟结果与测试值拟合较好