GCr15钢大方坯结晶器电磁搅拌工艺参数优化研究

摘要：为明确不同电磁搅拌条件对结晶器内钢液流动、传热行为的影响规律,对现场大方坯连铸结晶器电磁搅拌工艺参数的配置提供依据,采用ANSYS Fluent及Maxwell研究了320mm×280mm断面GCr15高碳轴承钢连铸过程中结晶器电磁搅拌工艺参数对结晶器内钢液温度场、磁场特性、注流冲击深度及液面波动的影响规律。研究结果表明,在M-EMS作用下,结晶器内钢液温度的耗散明显优于无电磁场作用工况,有利于改善结晶器内温度均匀性。注流的冲击深度随电流强度的增大而降低,而频率改变对钢液冲击深度影响不明显。当电磁搅拌电流强度一定时,随着搅拌频率增加,液面波动趋于平缓;当搅拌频率一定时,随着电流强度增加,液面波动变剧烈。对于320mm×280mm断面GCr15高碳轴承钢不同工艺进行工业试验,只改变结晶器电磁搅拌参数,从300A/2Hz调整到350A/3Hz,铸坯横截面中心碳偏析指数从1.06降低到1.01,铸坯纵截面中心碳偏析指数的平均值从0.98升至0.99,适合该钢种结晶器电磁搅拌工艺参数为350A/3Hz。     

六流T型中间包夹杂物去除行为的数值模拟

以41 t圆坯连铸中间包为研究对象,运用ANSYS软件,结合流动模型、拉格朗日离散相模型模拟钢液流动和夹杂物行为。通过用户自定义函数为中间包钢渣界面的边界条件设置了一种新的判定标准,即根据夹杂物的受力情况判定夹杂物上浮去除或进入钢液。通过数值模拟计算中间包出口处夹杂物数密度,并与工业试验结果对比,发现新的判定标准较传统的捕捉(trap)边界条件具有更高的计算精度。基于上述模型计算了稳态浇铸过程中间包内不同粒径氧化铝夹杂物的上浮时间、上浮位置及去除率。上述结果为更好地研究中间包内夹杂物行为提供了支撑。     

泡沫铝冶金连接及其界面结构与力学性能研究

以Zn-10Al合金作为粘结合金,采用功率超声辅助的热浸镀法进行泡沫铝板的冶金连接,采用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)观察接头组织及界面结构,采用X射线能谱仪(EDS)测定界面处元素分布,对样品进行拉伸实验和摆锤冲击实验,并与无功率超声辅助样品和胶接样品比较。功率超声辅助冶金接头密实连续,Zn、Al元素相互扩散,在界面处连续分布;无功率超声辅助接头中存在大量气孔等缺陷。功率超声辅助冶金接头的拉伸性能和冲击性能均优于无功率超声辅助接头和胶接接头。在功率超声辅助下进行连接时,其空化作用和声流能较彻底地破除泡沫铝基体表面的氧化膜,同时能够促进组织均匀化、去气除杂,有利于形成良好的冶金结合和致密的冶金接头。     

四流中间包流场影响因素分析与优化

采用正交试验法建立1:2.5水力学模型,选取L12(22×31)混合正交表设计12组水模试验方案,对水模试验结果进行极差分析,分析挡墙类型、挡墙导孔孔径和挡墙导孔倾角对中间包流场特性的影响大小,并找出合理的控流装置配置.结果表明,挡墙导流孔倾角对中间包流场特性影响最大,其次是导流孔孔径和挡墙类型.采用Y型挡墙,挡墙导孔...     

液态扩散焊制备泡沫铝夹芯板及其疲劳行为

采用超声辅助液态扩散焊接的方法制备冶金复合泡沫铝夹芯板,利用光学显微镜（OM）和SEM观察冶金复合样品的界面组织和结构,发现连接界面发生了侵蚀作用,接头均匀连续;EDS线扫结果表明,连接界面处焊接合金（Zn-10Al）和铝基体间的元素扩散现象明显,表明在超声作用下,基体材料表面氧化膜被破坏,枝晶在界面附着生长,形成良好的冶金连接。将制备的冶金复合样品和胶黏泡沫铝夹芯板样品进行三点弯曲疲劳对比试验,结果显示,冶金复合样品和胶黏样品的疲劳极限分别达到3 058 N和2 829 N。在相同载荷下,冶金复合样品的疲劳寿命（S-N）远远长于胶黏样品。两种样品的疲劳破坏方式完全不同,胶黏样品表现为面板和芯层黏接面的脱黏剪切破坏,冶金复合样品的疲劳剪切破坏出现在泡沫铝芯层,没有出现面板脱离现象。     

大方坯轴承钢GCr15凝固传热数值模拟

以某钢厂断面尺寸为280 mm×320 mm大方坯轴承钢GCr15为研究对象,借助ProCAST软件,建立了二维大方坯凝固传热模型,研究了拉速、比水量、过热度等工艺参数对铸坯凝固过程的影响,同时通过对铸坯中心固相率的研究,确定了与末端电磁搅拌位置、轻压下区间相匹配的最优拉速。结果表明,拉速的变化对铸坯中心固相率、凝固终点位置的影响最大,比水量的影响较大,过热度的影响最小;拉速每增加0.1 m/min,凝固终点平均增加1.97 m,二冷比水量每增加0.1 L/Kg,凝固终点平均减小0.82 m,过热度每增加10 ℃,凝固终点平均增加0.27 m。最佳拉速为0.85 m/min,此拉速下末端电磁搅拌位置和轻压下区间与铸坯合理的中心固相率相匹配。     

六流T型中间包夹杂物去除行为的数值模拟

以41 t圆坯连铸中间包为研究对象,运用ANSYS软件,结合流动模型、拉格朗日离散相模型模拟钢液流动和夹杂物行为。通过用户自定义函数为中间包钢渣界面的边界条件设置了一种新的判定标准,即根据夹杂物的受力情况判定夹杂物上浮去除或进入钢液。通过数值模拟计算中间包出口处夹杂物数密度,并与工业试验结果对比,发现新的判定标准较传统的捕捉(trap)边界条件具有更高的计算精度。基于上述模型计算了稳态浇铸过程中间包内不同粒径氧化铝夹杂物的上浮时间、上浮位置及去除率。上述结果为更好地研究中间包内夹杂物行为提供了支撑。     

多元醇法制备CoNi纳米粒子的形成机制,尺寸控制及磁性能

采用多元醇法在150～190℃合成了CoNi合金纳米粒子,利用SEM-EDX,XRD和VSM对所制备的CoNi纳米粒子形貌、成分、结构以及磁性能进行了研究,并进一步探讨了形核剂K2PtCl4对CoNi纳米粒子形貌及磁性能的影响。结果表明,在180℃用多元醇法制备的Co40Ni60(inat%)纳米粒子为FCC结构,Co2+要易于Ni2+被还原,导致最初10min内合成的CoNi纳米粒子中含有约78%(原子分数)Co,表现为高饱和磁化强度和高矫顽力,随着反应时间的延长,CoNi纳米粒子的Co含量、饱和磁化强度及矫顽力逐步下降。在150～190℃范围内,随着反应温度的提高,Ni2+的被还原能力增强,高温下合成的CoNi纳米粒子具有较低的饱和磁化强度和较小的矫顽力。形核剂K2PtCl4的加入,并不影响CoNi合金纳米粒子的成分和晶体结构。但是,随着形核剂浓度的增加,CoNi纳米粒子平均直径明显减小,其矫顽力有所增大。通过设计形核剂的浓度,CoNi纳米粒子的直径可以在96～580nm范围内任意控制。     

铸坯及轧材中元素偏析行为分析

帘线钢由于含有较高的碳含量，极易在连铸过程中产生中心偏析和疏松、缩孔缺陷，影响成品稳定性。目前，轻压下工艺作为一种改善铸坯内部质量的有效方法之一，被广泛应用于连铸生产中。实验以LX86帘线钢为例，制定不同拉速下的轻压下实验方案，进行工业试验。使用碳硫检测仪、电子探针(EPMA)等对工业试验后铸坯及轧材元素偏析情况进行检测，试验结果表明，拉速设定为2.2 m/min时，铸坯中心碳偏析指数由1.136降低至1.062,轧材中碳、硅元素偏析指数得到改善，有效改善了铸坯内部元素均匀性，为后续成品的质量稳定性提供了支撑。