Q235小方坯连铸过程中凝固特性的研究

分析了Q235凝固时的结晶特性,柱状晶容易生长.数值计算了小方坯连铸机在2.6 m/min拉速、不同二冷配水下铸坯的温度场和凝固前沿温度梯度.在弱水冷却时,铸坯坯壳凝固前沿温度梯度比较小,得到细小的柱状晶和少量等轴晶.连铸坯中间裂纹主要与二冷水相关,合适的二冷配水可降低或消除中间裂纹.     

Q345钢凝固组织的模拟计算

运用ProCAST软件对Q345钢凝固过程进行数值模拟.铸坯中心等轴晶率模拟结果与工业试验用钢检测结果相一致,同时应用CAFE机理研究了过热度对Q345钢铸坯凝固组织的影响及规律。结果表明,过热度对凝固组织结构影响较大,晶粒平均半径由75℃的0.231 mm降低到15℃的0.191 mm。因此,实际生产过程中,在保证钢液顺利浇注的情况下,综合考虑铸坯质量与生产顺利,过热度需控制在15℃左右为宜。     

超宽板坯包晶钢连铸初生坯壳应力的数值模拟

利用商业软件计算了超宽包晶钢连铸过程中初生坯壳所受应力.研究结果表明,由于包晶反应引起的体积收缩,包晶成分钢种的凝固坯壳表面应力显著大于非包晶钢成分钢种,在距铸坯中心约200～400 mm处应力出现极大值;随板坯宽度的增加,坯壳表面应力增大,应力极值点向坯壳中心方向移动;连铸工艺参数直接影响包晶钢表面应力大小,随过热度减小,拉速增加,结晶器冷却强度减弱,坯壳表面应力减小,铸坯表面裂纹发生概率降低.在本研究条件下,对断面为3 200 mm×150 mm的铸坯,适宜的过热度为15～25℃,拉速为1.2 m/min,结晶器宽面冷却强度为5 500 L/min.     

Q345D板坯连铸凝固传热过程数值模拟

基于凝固传热学理论,以300 mm厚Q345D板坯连铸过程为研究对象,建立了板坯二维凝固传热数学模型。利用等效比热法对凝固潜热进行处理,分析了拉速、过热度、二冷区喷水量以及二冷区长度变化对出结晶器坯壳厚度、铸坯表面温度等凝固参数的影响。结果表明,适当提高拉速、降低过热度和增加二冷段长度,可以促进连铸坯凝固,降低板坯缺陷,提高生产效率。     

宽板坯凝固前沿轻压下率模型的研究

结合连铸坯凝固规律及轻压下技术改善铸坯中心偏析的冶金原理,建立宽板坯轻压下率理论模型。根据某厂连铸宽板坯实际生产条件,以传热模型计算的铸坯凝固温度数据作为轻压下率模型计算条件,分析拉速、浇注温度、坯壳凝固收缩特性对铸坯轻压下率的影响规律。结果表明,在相同的拉速和浇注温度条件下,铸坯轻压下率沿拉坯方向的分布总体呈减小趋势;拉速较高时的起始轻压下率小于拉速较低时对应的起始轻压下率;拉速与平均轻压下率呈线性递减关系：拉速每升高0.1m/min,平均轻压下率减小0.015mm/m;浇注温度越低,轻压下区起始轻压下率的值越高;浇注温度对平均轻压下率的影响较小,浇注温度每升高10℃,平均轻压下率仅减小0.002 5mm/m;铸坯外部凝固坯壳的收缩对整个轻压下区平均轻压下率的贡献量为20.4%～22.3%。     

定向凝固Ti-46at.%Al合金晶粒组织形成CAFE模拟

为了深入理解TiAl合金定向凝固过程中晶粒组织演化特点,采用CAFE模型(元胞自动机CA-有限元FE)模拟研究Ti-46at.%Al合金定向凝固过程中晶粒组织形成。借助文献中微重力定向凝固实验结果验证模型。考察了形核过冷度和自然对流强度对柱状晶向等轴晶转变(CET)、晶粒尺寸、晶粒延长因子以及偏析分布的影响。模拟结果表明:降低形核过冷度可以获得完全等轴晶组织。对于完全等轴晶组织,增大流动强度会加重铸件晶间偏析,而对凝固组织形貌以及晶粒尺寸、延长因子分布无影响。增加形核过冷度,发生CET。流动强度增加导致CET延迟,促进长形晶和等轴晶混合生长,增大晶粒尺寸和延长因子以及加重偏析。CAFE模型可以被用于预测TiAl合金晶粒组织形成以及分析控制机理。     

拉速对H型坯连铸结晶器内钢液传递特性的影响

以H型坯连铸结晶器为研究对象,采用FLUENT软件建立三维几何模型,模拟研究了拉速对结晶器内钢液传递特性的影响.结果表明,不同拉速条件下H型坯结晶器内钢液流态相似,但流场的主要特征参数有所不同.随着拉速的增大,结晶器内钢液射流冲击深度增大,结晶器自由液面流速增大,结晶器液面波动有增大趋势,钢水对凝固坯壳的冲刷有增大趋势.而各粒径夹杂物上浮去除率随拉速的增大而降低,该模拟条件下,20～100 μm夹杂物去除率在4～17％之间.     

二冷强度对连铸小方坯凝固过程影响规律的数模研究

针对连铸小方坯的中心疏松等质量缺陷,建立了凝固传热数学模型,以研究二冷强度对连铸小方坯凝固过程的影响规律,优化二冷制度,改善铸坯质量.本文基于射钉和测温实验所建立的小方坯凝固传热模型精细度较高,用此模型深入研究二冷喷嘴的数量和喷射范围对小方坯凝固传热的影响;经验证,模拟结果与实测结果误差在1.7％以内.利用该模型定量分析了二冷强度对铸坯温度,凝固坯壳厚度和凝固终点的影响规律.结果表明,随着二冷强度的增大,二冷区内的铸坯表面中心温度降低,而进入空冷区后则逐渐趋于一致.二冷强度每增加10％,足辊段出口处温度平均降低8℃,二冷一段出口处温度平均降低10.75℃,二冷二段出口处温度平均降低10.75℃,二冷三段出口处温度平均降低9.75℃,铸坯凝固终点缩短约0.168m.     

基于CAFE法的单晶铜杆热型连铸过程晶体生长模拟

基于元胞自动机(CA)和有限元(FE)耦合法对单晶铜杆热型连铸过程中晶粒生长及演化过程进行了模拟,获得了稳定状态下铸棒内温度分布及液固相界面的位置和形态,模拟了连铸初期沿热流方向细小等轴晶快速合并形成柱状晶的过程,采用截面形态和极图法分析了定向凝固条件下各个生长时刻的晶粒形貌和晶粒生长取向以及晶粒竞争生长过程中的快速淘汰和慢速淘汰阶段,为热型连铸工艺优化提供了依据。     

电子束冷床熔炼TA10钛合金扁锭温度场及凝固组织的数值模拟

在电子束冷床熔炼TA10钛合金扁锭的凝固过程中,温度场分布和凝固组织对铸锭质量的性能有重要影响.通过建立钛合金传热模型和CAFE模型,基于Procast模拟软件并结合二次编程开发研究了结晶器尺寸对熔池深度的影响,以及凝固工艺参数对温度场和铸锭凝固组织的影响.结果表明：当结晶器内长超过650 mm或结晶器高度大于350 mm时,熔池形状不再发生变化;当钛锭横截面的面积一定时,钛合金熔池深度随着结晶器内长的增大而逐渐减小,但结晶器壁厚尺寸对熔池深度影响不大;拉锭速度和浇注温度的提高都会使熔池变深,过渡区长度也会增加,但浇注温度对过渡区的影响远小于拉锭速度对过渡区的影响;随着拉锭速度和浇注温度的提高,柱状晶区变得越来越明显,平均晶粒半径逐渐增大,降低拉锭速度或浇注温度可达到细化晶粒的效果.当拉锭速度为1.0×10^-4 m/s时,浇注温度在1 700～1 800℃范围内可获得组织均匀的TA10钛合金扁锭.上述结论为大型TA10钛合金扁锭的实际生产提供了重要的理论指导.     

电磁搅拌对板坯内部质量的影响

介绍板坯连铸电磁搅拌辊技术在马钢的应用实践,在使用该项技术之后,有效的增加了铸坯的等轴晶区,改善中心偏析和中心疏松,消除了中间裂纹,但铸坯也出现白亮带、等轴晶区致密度下降的缺陷。     

拉坯速度对连铸大方坯凝固的影响

结合现场研究,利用显式有限差分法计算出不同工艺条件下的铸坯凝固情况;进行了拉坯速度对出结晶器坯壳厚度、铸坯表面温度、铸坯凝固终点位置和铸坯质量影响的模拟分析研究.模拟结果表明,拉速对铸坯表面温度和凝固终点的影响较大,随拉速的增大,表面温度升高,出结晶器坯壳厚度减薄,铸坯液相穴拉长.     

不锈钢板坯连铸温度场及凝固末端位置的研究

采用有限元法计算了不锈钢板坯在连铸时凝固过程中温度场及坯壳的生长随时间的变化，讨论了过热度，拉速及二冷配水量对温度场及凝固末端位置的影响。结果表明，影响铸坯温度场和凝固末端位置的主要因素是拉速和二冷配水，而过热度影响较小。     

连铸板坯二冷区的应力分析

以某钢厂二号板坯连铸机结晶器至二冷区的35钢连铸坯为研究对象,采用有限元软件MSC.MARC建立沿拉坯方向上铸坯的二维纵断面弹塑性应力模型,对连铸坯的连铸过程进行数值模拟,研究不同拉速下铸坯表面应力和裂纹指数的变化规律。仿真结果表明,铸坯表面应力和裂纹指数随着拉坯速度的提升而增大,连铸坯的拉速控制在1.2m/min以内时,表面裂纹可得到较好的控制。     

CSP结晶器内钢液流动及凝固的数值模拟

应用数值模拟方法,建立CSP漏斗型结晶器内钢液流动及凝固传热耦合模型。针对结晶器内铸坯角部受到强冷的特点,对结晶器内热流密度采用修正方程进行计算,分析热流密度修正系数对铸坯凝固坯壳表面温度计算精度的影响。通过比较不同拉坯速率下结晶器内钢液凝固的特点,研究凝固坯壳对结晶器内钢液流动行为的影响。结果表明,采用热流密度修正系数后,铸坯凝固坯壳角部温度的计算值与实际情况更相符;提高拉坯速率可使铸坯凝固坯壳厚度减小;拉坯速率较大时凝固坯壳厚度随铸坯距弯月面距离的增大基本呈线性增长,拉坯速率为3m/min时,凝固坯壳在生长过程中厚度的增长有短暂的停滞现象;凝固坯壳对钢液流动的影响较大,主要是由钢液有效流动区域减少及两相区额外动量阻损造成的。     

连铸Al-Mg成分分布及微观组织数值模拟

为研究大断面连铸Al-Mg合金化学成分分布及微观组织的变化规律,利用数值模拟的方法对连铸Al-Mg合金的过程进行分析。结果表明,Mg、Cu、Fe、Si以及Zn在连铸Al-Mg合金中的分布并不均匀,存在较为严重的偏析现象,在铸件中央部分聚集,而在铸件底部的含量均小于合金名义成分。Mn和Cr在铸件中的成分分布较为均匀。对合金的微观组织模拟结果可以发现,连铸Al-Mg合金的微观组织主要由3部分组成,分别是表面等轴晶粒区、粗大柱状晶粒区以及底部细小柱状晶区。     

激光增材制造高性能大型钛合金构件凝固晶粒形态及显微组织控制研究进展

简要介绍高性能大型关键金属构件激光增材制造的技术特点,总结本团队在高性能大型关键钛合金构件激光增材制造过程中,对凝固晶粒形态和显微组织控制的主要研究进展:发现了钛合金构件激光增材制造过程中熔池底部外延生长和顶部异质形核两种主要形核生长机制,建立了基于增材制造工艺参数及凝固条件控制的全柱状晶、全等轴晶和柱状晶-等轴晶混合组织等凝固晶粒形态主动控制技术;发现了激光增材制造双相钛合金构件高性能特种双态显微组织新形态,并建立其固态相变理论及显微组织主动控制技术。     

电脉冲孕育处理对连铸Q235钢小方坯凝固组织的影响

探索研究了一种改善和细化连铸坯凝固组织的新方法电脉冲孕育（ｅｌｅｃｔｒｏ－ｐｕｌｓｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）处理法。Ｑ２３５钢１２０小方坯的连铸实验结果表明,在连铸结晶器内对Ｑ２３５钢进行ＥＰＭ处理可以明显细化铸坯的凝固组织,与未经处理的钢相比,柱状晶的形态也由粗而长的凝固组织变为短杆状凝固组织。     

柱状晶向等轴晶转变过程的模拟实验研究

通过对NH_4Cl水溶液二维凝固过程的模拟实验,研究了柱状晶向等轴晶转变的条件及规律。结果表明,液相区内晶体形成后,在重力和液流作用下运动,其主要运动趋势是重力作用下的下落。不同凝固面接受下落晶体的能力不同,发生柱状晶向等轴晶转变的条件和机理不同,因而柱状晶区的长度也不同。文中提出了各凝固面柱状晶区长度的估算方法和利用“晶雨”促使柱状晶向等轴晶转变的措施。     

定向凝固纯铜组织性能研究

采用高真空多功能定向凝固及悬浮熔炼设备,以不同凝固速度制备纯铜试样,并对定向凝固纯铜试样的显微组织和机械性能进行了分析研究.通过实验获得了定向凝固纯铜的组织性能.当凝固速度小于500μm/min时,定向凝固的纯铜试样横、纵截面的晶粒形貌都是等轴晶,晶粒内存在孪晶,凝固速度较小时,其孪晶组织数量较多.当凝固速度大于500μm/min时,定向凝固的纯铜试样横截面的晶粒形貌是等轴晶,而纵截面的晶粒形貌是柱状晶,晶粒内基本不存在孪晶组织.定向凝固纯铜的室温机械性能是:当凝固速度在50μm/min的条件下,试样的抗拉强度约153 MPa,较普通铸造纯铜试样的低,而屈服强度约91.8 MPa,延伸率约80.12%,都优于普通铸造纯铜试样.透射电镜分析表明,纯铜定向凝固过程中形成的孪晶B=[110].