薄带连铸亚快速凝固过程热模拟技术开发

利用自主开发的薄带连铸亚快速凝固工艺过程热模拟试验装备,实现了薄带连铸亚快速凝固工艺过程的模拟,得到钢水—基体界面传热曲线和铸带样品.在模拟的亚快速凝固条件的冷却速度(二次枝晶臂间距)、铸态凝固组织、室温微观组织、界面传热等特征参数上与薄带连铸工业化产线具有物理本质上的相似性.该热模拟技术仅需钢水量5～10 kg,可实现薄带连铸新钢种的开发、可浇铸性研究、工艺参数优化、表面质量及力学性能研究等工作,在大大降低研发试验成本的同时,大大缩短产品研发周期,提升研发效率.相比较其他技术,该热模拟技术经过三代发展已日臻成熟,检测手段齐全、控制精度高、功能丰富,配置不同模块,还可用于板坯、薄板坯、方坯、圆坯等连铸过程的热模拟试验研究.     

连铸应用凝固传热计算的几个问题

1.连铸坯在结晶器内的凝固传热计算 通过对连铸坯凝固传热过程的研究,可以得到铸坯在冷却凝固过程中的温度场、坯     

薄带连铸结晶辊表面处理形貌研究进展

介绍了薄带连铸结晶辊表面处理形貌的作用及研究进展.结晶辊表面形貌主要通过控制辊面的传热和凝固壳的形核长大两个方面来影响薄带连铸的凝固过程.根据形貌特征,结晶辊表面处理形貌主要可以归为规则沟槽纹理形貌、不规则的表面毛化形貌和复合处理形貌等三类.对三类不同形貌的特点及在薄带连铸工艺中对传热、凝固形核和表面质量的影响进行了分析总结.纹理形貌可以改善薄带连铸的凝固和传热特性,表面毛化形貌能减少裂纹、鳄鱼皮等缺陷的形成,复合处理的表面形貌能够进一步提高铸带的表面质量.     

大方坯凝固过程鼓肚应变及内裂纹形成的研究

通过建立大方坯凝固过程的传热模型,获得大方坯冷却传热过程的主要凝固参数,在此基础上建立了凝固前沿坯壳所承受的应变模型,讨论了大方坯凝固过程的主要应变及其主要影响因素,并针对实际铸机的设备和工艺状况,计算大方坯凝固过程的鼓肚应变,讨论了具体钢种产生裂纹的可能性.     

圆坯连铸过程中坯壳生长规律

采用ANSYS软件建立了圆坯连铸过程的二维凝固传热模型,通过射钉实验以及表面温度的测定对模型进行了实验验证.结果表明模型能较准确地得到任意位置处铸坯坯壳厚度以及预测凝固终点位置.在传热模型的基础上结合铸坯低倍观察着重分析了圆坯坯壳生长规律.发现圆坯凝固过程中柱状晶区坯壳的厚度与凝固时间的平方根呈线性关系,符合平方根定律,并对平方根定律进行了修正,修正项与过热度和凝固速率有关;铸坯中心等轴区坯壳厚度与凝固时间平方根为非线性关系,凝固坯壳的生长不再符合平方根定律;间接证明了圆坯柱状晶生长是单方向传热,等轴晶生长时传热方向不唯一.      

H型钢连铸结晶器内钢水凝固传热的数学模拟

 为了解决H型钢连铸坯表面裂纹问题,结合凝固理论建立了H型钢连铸结晶器内钢水凝固传热模型,并应用大型有限元软件ANSYS对钢水凝固传热过程进行模拟求解,描述和分析了凝固坯壳的温度分布、坯壳生长历程及各工艺因素对钢传热行为、凝固行为的影响,为制定合理的工艺参数、提高铸坯质量、减少漏钢发生提供了理论依据。     

待定系数法确定双辊薄带铸轧中的边界热流

熔池与铸轧辊接触的边界热流是进行双辊薄带铸轧数值模拟研究的重点,通过铸轧过程中金属凝固机制和传热过程的研究,提出结晶辊和熔池接触的边界热流分布函数形式,利用凝固初始位置、薄带坯出坯厚度,再结合能量守恒原理进行求解,确定函数中的待定参数,避开传统方法需要求解坯壳和铸轧辊间气隙热阻的难题;通过施加所提出的边界热流函数对某试验铸轧辊温度场进行求解,结果与实测结果相吻合,这表明文中提出的边界热流分布函数形式与实际相符合。     

宝钢厚板连铸机结晶器凝固传热模型的研究和开发

以宝钢厚板连铸机结晶器一冷传热过程为研究对象,结合高温铸坯在结晶器内的实际热量传输规律,建立了宝钢厚板连铸机结晶器凝固和传热模型.结晶器内凝固传热过程分为凝固坯壳传热、缝隙间传热和结晶器铜板传热,其中结晶器缝隙问传热模型综合考虑了气隙、保护渣和振痕对传热的影响.利用Fortran语言对模型进行编程,开发出相应的结晶器凝固和传热仿真软件Moheat.结合厚板连铸机结晶器生产数据,对模型进行了验证.所得计算结果符合实际测量值.利用该软件能够对不同生产工艺下的凝固坯壳厚度、坯壳表面温度、结晶器铜板温度、冷却水温差以及结晶器理想锥度等进行计算,分析和优化结晶器一冷制度,指导连铸生产.     

连铸板坯凝固传热模型研究及应用

依据板坯连铸机工艺条件，利用铸坯凝固过程传热数学模型计算了铸坯凝固过程温度场分布和坯壳生长情况，并探讨连铸工艺因素对铸坯温度和凝固过程的影响，示例性的提出了提高铸坯温度的工艺手段。     

连铸坯凝固传热仿真平台在钢铁冶金教学中的应用

基于连铸生产工艺参数,利用可视化应用程序开发工具C++Builder,通过编程开发了矩形坯凝固传热模拟仿真软件平台,有效模拟计算不同钢种连铸全流程凝固冷却过程。学生结合连铸课堂教学内容,在可视化软件平台上输入不同钢种的连铸参数,即可对连铸坯凝固过程温度场进行仿真计算求解,深入理解连铸坯的传热凝固与调控机理,丰富、拓展课堂教学内容。     

两种不同强塑性薄钢板抗弹性能的试验和数值模拟

 利用51B式7.62mm手枪弹对不同强度和塑性的薄钢板进行枪击试验,采用ANSYS/LS-DYNA软件对试验过程进行数值模拟,对试验和数值模拟过程的钢板破坏形貌、背凸高度、残余弹丸长度等宏观形貌进行比较。结合抗弹过程中弹丸和钢板消耗的能量,分析了强度和塑性对钢板抗弹性能的影响。结果表明：尽管两种钢板的抗拉强度和断后伸长率差异较大,但其抗51B式7.62mm手枪弹性能相当。试验和数值模拟结果吻合较好,模拟方法能够正确地反映弹丸冲击靶板过程。因较高强度钢板使弹丸变形消耗的能量大于较低强度钢板,塑性较好钢板本身变形消耗的能量大于较低塑性钢板,从而解释了两种钢板抗弹性能相当的试验结果。     

钢板热轧过程中轧制力的有限元模拟

轧制力是轧制过程中重要的技术参数之一。本文应用DEFORM-3D软件建立轧制模型,研究了轧制温度、轧辊转速和压下率对钢板轧制力的影响。随后通过比较第一道次模拟轧制力与钢厂实测轧制力,结果表明：在三种钢板材料中,DEFORM-3D软件模拟的轧制力均与钢厂实测轧制力较吻合,误差都在10％以内。该模拟为钢厂轧制工艺参数的制定提供了重要的参考价值。     

调质钢工艺数值模拟计算系统的开发及应用

本文阐述了数值模拟系统在钢板工艺开发中的应用,介绍了钢板加热、淬火、组织转变量及钢板性能计算等数学模型的建立,并举例说明了数值模拟在调质钢工艺开发中的应用。     

特厚板轧制缺陷压合模拟研究

对某厂Q345特厚板粗轧过程中缺陷的压合条件,以二维刚-粘塑性有限元法进行了数值模拟。结果表明:在足够的压下率下,特厚板中矩形缺陷能够被压合,缺陷的尺寸及在厚度方向的位置对缺陷压合有很大影响;板坯表面的缺陷压合所需的临界压下率最大,t/8(t代表厚度)处所需的临界压下率最小,即表面处的缺陷最难压合,缺陷压合由难到易按所处位置依次为表面、t/2、t/4和t/8,将该厂特厚板轧制道次压下率提高到18%以上,将可有效避免成品中缺陷的出现;矩形缺陷的长高比λ越大,临界压下率越小,越易压合;当λ从小于1增大到大于1的过程中,临界压下率急剧减小,但当λ继续增大,临界压下率减小的趋势变得比较平缓;当λ<1时,呈双Y型闭合;当λ≥1时,呈Z型闭合。     

超级钢板材V型弯曲回弹的数值模拟

利用ANSYS/LS-DYNA非线性动力有限元程序的显式-隐式连续求解功能,模拟了超级钢板材在弯曲成形和卸载后的回弹变形过程,得到了超级钢板材在不同凸模圆角半径下弯曲成形后的回弹结果.将模拟计算结果与实验结果进行对比,验证了计算结果的准确性.     

不锈钢-碳钢复合板多道次小变形轧制温度场的数值模拟

基于弹塑性热力耦合有限元法研究了72 mm Q235钢基板和14 mm 304不锈钢复板11道次变形至12 mm复合板的热轧过程,并应用有限元MARC软件二次开发技术建立了温度场模型。模拟结果表明,变形区内,复合板表面温度持续下降,界面温度略有升高;变形区外,表面温度有所回升;随轧制过程进行,轧件高度方向温度梯度逐渐减小;界面处温度呈“S”形,变形区温度变化显著,且随轧制速度提高,升温明显。     

4不锈钢-碳钢复合板多道次小变形轧制温度场的数值模拟

基于弹塑性热力耦合有限元法研究了72mm Q235钢基板和14mm 304不锈钢复板11道次变形至12mm复合板的热轧过程,并应用有限元MARC软件二次开发技术建立了温度场模型。模拟结果表明,变形区内,复合板表面温度持续下降,界面温度略有升高;变形区外,表面温度有所回升;随轧制过程进行,轧件高度方向温度梯度逐渐减小;界面处温度呈“S”形,变形区温度变化显著,且随轧制速度提高,升温明显。     

高压水射流清洗钢板系统参数分析与研究

钢板表面的清洗效果对埋弧焊管焊接质量有着重要的影响,所以在焊接前通常需要将钢板表面的污垢清洗干净。而影响高压水射流清洗钢板系统清洗效果的因素有很多,主要对高压水射流清洗钢板效果有重大影响的喷嘴布置、喷嘴水射流打击力和系统优化设计进行了分析研究。     

板带热轧过程中温度场的三维热力耦合有限元模拟

采用弹塑性大变形热力耦合胡了法研究了板带热轧过程，应用有限元软件MARC的二次开发技术建立了板带轧制模型，重点分析了轧制过程和变形区中轧件的温度分布和温度变化过程，计算结果与实验结果比较符合。     

JT245耐大气腐蚀塔桅结构用钢板的研制开发

济钢新开发的塔桅结构用JT245耐大气腐蚀钢板，是在钢中添加适量的Cu、P、Nb等合金元素，使金属表面生成致密、连续的含Cu、P、Nb等合金元素的非晶产物层，较好解决了钢材的耐大气腐蚀性能。JT245钢的物理性能测试、焊接工艺试验评定、室外大气曝晒等系列试验表明：JT245耐大气腐蚀钢板机械、焊接性能稳定、耐大气腐蚀性能良好，完全能满足塔桅钢结构的制作需要。