高速连铸直轧工艺的恒温出坯工艺参数研究

恒温出坯是实现长型材高速连铸直轧过程的一个重要条件。为成功地实现恒温连铸坯,本文采用有限元模拟的方法,研究了从结晶器弯月面到切割点位置整个过程中铸坯拉速、冷却强度以及铸坯角部圆角半径等因素对铸坯温度分布的影响。结果显示,为满足直轧过程对铸坯温度分布的要求,一般情况下拉速应控制在2.6 m/min以上。当拉速控制在2.2 m/min时,二冷水流量不宜超过60 L/min。当铸坯角部圆角半径尺寸为铸坯断面尺寸的15%~25%时,铸坯角部温度温降速率将会明显降低。     

连铸圆坯凝固传热过程的数值模拟

研究和开发了连铸凝固传热过程数值模拟程序,并以圆铸坯为研究对象,计算了铸坯表面温度分布和凝固壳厚度,用该模型处理了凝固时相变所产生的结晶潜热.结果表明,计算出的表面温度、坯壳厚度等数据与实验数据相符合,并且对生产实践有较好的指导作用.它可用来优化连铸工艺参数.是进一步开发在线控制模型的基础.     

圆坯连铸温度场模拟

耦合温度场和流场 ,建立了圆坯连铸铸坯温度场的二维稳态柱坐标数学模型。用该模型模拟了国内某钢铁公司Φ178mm圆坯连铸铸坯内温度场分布 ,以渐变色形式模拟显示了圆坯连铸铸坯中心断面温度场分布 ;在温度场的基础上 ,模拟了铸坯凝固壳的厚度变化 ;模拟显示了结晶器内的钢液流动 ;采用铸坯传热数学模型在不同拉速及过热度下进行计算 ,系统分析了拉速及过热度对凝固末端位置、出结晶器坯壳厚度的影响。凝固末端位置的计算结果与现场实测结果一致 ,从而证明了模型的合理性。本研究模拟出的温度场分布和铸坯坯壳厚度 ,为优化工艺参数 ,提高铸坯质量提供了理论依据     

连铸中间包通道式感应加热技术

连铸实践表明,低过热度的恒温浇注对获得良好的铸坯质量和稳定操作是非常重要的。但是在连铸过程中,中间包存在各种热损失,需要外部热源加以补偿,其中之一是中间包通道式感应加热技术。综述了中间包通道式感应加热技术的设备构成、加热原理、流动特征、夹杂物去除机理及使用效果等。     

直轧过程中铸坯感应补热技术的研究

在直轧过程中,完整的铸坯温度监测体系是保证连铸直轧顺利进行的关键。采用感应补热的方法对连铸小方坯进行补热,建立了线材连铸小方坯热电耦合分析模型,获得了不同电感应加热参数条件下铸坯温度场的分布,分析了不同电流参数对加热效果的影响。结果表明:随着电流频率的增加,铸坯心部温度增加量很小,而铸坯表面温度升高量与频率增加量基本成正比;当感应电流增大时,越靠近铸坯表面位置,温度的增加量越大。     

硅钢铸坯感应加热炉参数优化设计

采用经验设计法初步确定了取向硅钢铸坯感应加热线圈设计参数,应用Ansoft仿真软件分别对36组不同线圈高度、线圈内径的感应加热炉在不同频率下的三维整体磁场和铸坯的温度场进行了数值仿真。通过对比仿真结果,确定电磁场分布最佳的一组感应加热炉设计参数为线圈高度h=1.5 m、线圈内径D₁=0.575 m、电流频率f=110 Hz。在该参数下应用Ansoft仿真软件对取向硅钢铸坯感应加热炉的温度场进行了仿真,结果发现温度场分布均匀,可满足取向硅钢铸坯加热要求。     

基于ProCAST的圆坯连铸凝固过程数值模拟

圆坯连铸在凝固过程中极易产生裂纹,从而影响了铸坯的质量。以300 mm圆坯连铸为研究对象,运用ProCAST软件建立了一维传热数学模型,计算铸坯的温度场,模拟分析拉速、二冷水比量对铸坯表面温度的影响。模拟结果表明,拉速和二冷水比量对铸坯表面温度具有较大影响,生产中必须保持恒定的拉速和合适的二冷水比量,才能够有效避免铸坯裂纹的产生,得到优质的铸坯。     

软接触电磁连铸结晶器内磁场分布与弯月面行为

通过实验测试和数值模拟的方法研究两段式软接触电磁连铸无缝结晶器结构、线圈位置、电源功率以及弯月面位置等因素对结晶器内高频磁场分布的影响。并采用Sn作为钢液的模拟工质测量了不同实验条件下两段式结晶器内的弯月面高度。研究结果表明:两段式结晶器的透磁效果随着结晶器上半段厚度的减薄而提高;增加电源功率时,可以增大高频磁场在铸坯初始凝固区域的强度及作用范围,有利于弯月面的形成;线圈位置越靠上,越有利于磁感应强度透过结晶器,有助于弯月面高度的增大;当金属液面位于感应线圈高度中心与线圈顶端位置之间时,高频磁场作用于初始凝固区域的有效作用较强,可产生较大的电磁压力,有助于获得高表面质量的铸坯。     

圆坯凝固传热-应力耦合模型的建立与优化分析

为了解决37Mn5连铸圆坯皮下裂纹问题,采用FCA方法和全程间接耦合法建立了连铸圆坯热力耦合模型,并结合现场数据,模拟分析了铸坯传热行为和应力分布,揭示了铸坯缺陷产生的原因,提出了相应的改进措施,为优化生产工艺提供了理论依据。结果表明,将原二冷各段水量分配比例调整为18∶28∶30∶24后,铸坯表面最大回温由原来的185℃降至8℃,铸坯表面的最大总应变较优化前降低了0.00067,消除了连铸坯皮下裂纹缺陷,铸坯质量得到明显改善。     

不同热装方式下铸坯温度分布研究

采用有限元软件对步进式加热炉内钢坯加热过程进行分析计算,建立铸坯加热温度场模型,计算不同热装条件下铸坯中心与表面的温度变化曲线。以铸坯1/4断面为研究对象,分析铸坯断面全流程温度分布,得到连铸坯表面温度、角部温度、心部温度的变化曲线。模拟分析不同热装方式装炉的铸坯在加热炉内的加热升温情况,提取铸坯表面和中心位置的加热曲线。模拟加热炉内加热过程,为降低铸坯断面温差、加热炉能耗以及提高生产效率提供依据。     

AZ31镁合金圆锭电磁连续铸造过程的数值模拟

通过有限差分法,利用Visual C++6.0建立AZ31镁合金电磁连续铸造过程的数学模型,该模型可预测铸锭及底模的温度分布。利用温升法测量了电磁连铸过程铸锭内部的感应热量值和分布,得到了沿结晶器水平方向、垂直方向不同条件下的感应热分布,并计算获得了该试验条件下的感应加热功率,在数值模拟时有效地合并到了温度场的数值计算模型中。确定一冷区、二冷区以及铸锭与底模之间的边界条件。通过将计算结果与实测温度的比较,证明该模型可以用来模拟实际铸造过程。研究了不同铸造条件对铸锭温度场分布的影响,为优化镁合金电磁连铸的工艺参数提供了依据。     

Theoretical and experimental analyses of continuous casting with soft-contacted mould (Ⅱ)—EMF calculation and experimental analyses

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇｗｉｔｈｓｏｆｔ ｃｏｎｔａｃｔｅｄｍｏｕｌｄｉｓａｎｅｗｌｙｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｓｔｅｅｌａｎｄｏｔｈｅｒｈｅａｖｙｍｅｔａｌｓ[1～ 3] .Ｉｔｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｑｕａｌｉｔｙａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｅｑｕｉａｘｅｄｃｒｙｓｔａｌｒｅｇｉｏｎｉｎｂｉｌ ｌｅｔｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ ,ｓｏｉｔｗａｓｐａｉｄｇｒｅａｔａｔｔｅｎｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｗｏｒｌｄ[4 ,5] .Ｎｏｗｅｘｐｅｒｉｍ…     

方坯轧制在线感应加热数值模拟与设计优化

针对方坯感应加热轧制过程容易发生边角升温不均匀的问题,建立了轧件移动式感应加热工况的电磁-传热耦合模型,并进行了有限元数值模拟分析。基于感应加热轧制工业运行数据,验证了模型的合理性,并对感应线圈设计进行了结构优化改进。结果表明,改进设计的感应线圈在钢坯边角部位的磁通密度分布得以明显地改善,工件边角部位的温差得以显著地降低,这有利于解决合金钢方坯轧制过程中常见的边角开裂问题。     

THE COMPUTATION AND EXPERIMENT ANALYSIS OF ELECTROMAGNETIC CONTINUOUS CASTING WITH SOFT-CONTACTED MOULD

SignsandUnitsE:electricfieldintensity,V/m;B:magneticfluxdensity,T;J:currentdensity,A/m';F:electromagneticforce,kN/m';Pm:electromagneticpressure,kpa;I:current,hA;a:electricconductivity,S/m;f:electromagneticfieldfrequency,Hi;p:magneticpermeability,Tin/A;w:turnnumberofcoinSc:crosssectionareaofcoil,m2.1.IntroductionThecontinuouscastingwithsoft-contactedmouldisarecentlydevelopingtechnologyofelectromagneticcontinuouscastingforsteelandotherheavymetalswithnearnetshapes,whichcanimprovetheinnerand…     

连铸方坯直轧输送过程中温度场的数值模拟

连铸直接轧制工艺顺利进行的核心因素是连铸坯的温度,为解决连铸直轧过程铸坯温度和速度的衔接问题,采用ANSYS软件模拟了从结晶器弯月面到轧机前整个过程中铸坯的温度变化和坯壳厚度,并在此基础上分析了不同拉速、浇铸温度及比水量等工艺参数对铸坯温度、坯壳厚度、凝固终点位置的影响规律。模拟结果表明,拉速为2.8 m/min、浇铸温度为1 550 ℃、比水量为1.4 L/kg的工艺条件下,且铸坯到达轧机前平均温度保持在900 ℃以上,可以满足直接轧制工艺要求。这有利于连铸与轧制两个工序的顺利衔接,为钢厂连铸车间的改造提供一定的理论指导。     

连铸圆坯结晶器的热流计算与讨论

基于结晶器温度和热流实测数据,采用反算法模拟了圆坯结晶器热流场,清楚显示出热流沿结晶器纵向和周向不均匀不对称分布特征．利用得出的热流场数据,拟合得到沿结晶器纵向、周向和铸坯间的热流公式,其中考虑了拉速和结晶器安装状态的影响,并与已发表的经验公式进行了对比．采用的反算模拟方法和拟合的热流公式有助于实现连铸结晶器热流的可视化,以及由于指导连铸过程中的热流分析和事故分析．     

Effect of harmonic magnetic field and pulse magnetic field on microstructure of high purity Cu during electromagnetic direct chill casting

The effects of two types of magnetic fields, namely harmonic magnetic field (HMF) and pulse magnetic field (PMF) on magnetic flux density, Lorentz force, temperature field, and microstructure of high purity Cu were studied by numerical simulation and experiment during electromagnetic direct chill casting. The magnetic field is induced by a magnetic generation system including an electromagnetic control system and a cylindrical crystallizer of 300 mm in diameter equipped with excitation coils. A comprehensive mathematical model for high purity Cu electromagnetic casting was established in finite element method. The distributions of magnetic flux density and Lorentz force generated by the two magnetic fields were acquired by simulation and experimental measurement. The microstructure of billets produced by HMF and PMF casting was compared. Results show that the magnetic flux density and penetrability of PMF are significantly higher than those of HMF, due to its faster variation in transient current and higher peak value of magnetic flux density. In addition, PMF drives a stronger Lorentz force and deeper penetration depth than HMF does, because HMF creates higher eddy current and reverse electromagnetic field which weakens the original electromagnetic field. The microstructure of a billet by HMF is composed of columnar structure regions and central fine grain regions. By contrast, the billet by PMF has a uniform microstructure which is characterized by ultra-refined and uniform grains because PMF drives a strong dual convection, which increases the uniformity of the temperature field, enhances the impact of the liquid flow on the edge of the liquid pool and reduces the curvature radius of liquid pool. Eventually, PMF shows a good prospect for industrialization.

     

冷坩埚连续熔铸与定向凝固Ti6A14V合金的温度场计算

为有效利用冷坩埚，更优控制工艺参数，获得冶金质量良好的铸棒，本文对冷坩埚连续熔铸与定向凝固Ti6A14V温度场进行计算。根据电磁场的感应加热形成上下料棒、电磁压力形成驼峰的情况确定边界条件；采用抛物线逼近确定驼峰形状；对运动单元所处位置的识别实现连铸过程。对功率52kW、速度为3mm／min的条件下进行计算。结果表明，料棒在45s时开始熔化，在70s时形成驼峰，然后熔体获得一定的过热度，形成凝壳，在115s熔体达到最高温度；抽拉过程中上送料能完全熔化，温度场基本稳定，凝固界面的形状和位置基本不变，凝固界面的形状为中间平直、两端上翘，传热基本以轴向传热为主。相同条件下进行实验，实验结果与计算结果相符合，从而证明计算程序在计算冷坩埚连续熔铸与定向凝固温度场是有效的。     

铸坯差温预压下处理工艺研究

由于对高性能钢的需求越来越广,进而对其连铸坯的质量要求不断提高,而铸坯中又以疏松缺陷最难消除。因此,对表面950℃、中心1 300℃以上的差温条件下的铸锭进行预压下试验,在铸锭大变形量部分,由于芯部处于高温奥氏体脆性区,塑性较差从而出现热裂;而小变形量部分,在差温作用下,铸锭内部优先变形,疏松和微观空洞被明显压合,又由于一定范围内的再结晶,减轻了铸锭内部的晶界偏析。试验结果表明,小变形量的差温预压下技术可以显著提高铸坯质量,具有进一步研究和在连铸坯生产中应用的重要价值。     

小型棒线材生产连铸－轧钢工艺衔接优化

通过对国内多个小型棒线材企业连铸－轧钢工艺衔接实际生产情况的调研及分析,剖析了小型棒线材连铸－轧钢工艺衔接现状及普遍存在的问题,提出了通过改进生产组织模式、在连铸和轧线加热炉之间增设保温缓冲台架、热坯收集台架、低温坯剔除台架及保温坑等设施的优化方案,可使热送热装比提高到90％以上,加热炉实行冷热坯分装,经济效益明显。