双辊薄带连铸熔池内钢液流动的混合行为

采用数值模拟的方法研究了双辊薄带连铸熔池内钢液的传输行为,分析了采用V形布流系统时熔池内钢液的流动状态和混合特性.计算了熔池自由表面处的湍流动能大小和流体停留时间分布.结果表明,钢液在熔池内均匀分布,有利于薄带坯的均匀凝固.侧封板处钢液更新速度加快,液面波动加强,有利于防止液面结壳.     

顶底复吹条件下不锈钢VOD精炼过程的数学模拟——过程数学模型

对顶底复吹条件下不锈钢VOD精炼过程提出了一个数学模型。该模型假设低压下顶吹入的氧,部分与逸出熔池的CO反应,部分使生成的钢液滴内各元素氧化,其余经射流冲击坑向钢液渗透和溶解;进入熔池的氧使钢中的碳、铬、硅、锰和铁氧化,生成的FeO是一中间产物。所有可能的氧化-还原反应分别在钢液/熔渣及钢液/气泡界面同时发生,并在竞争中达到其各自的综合平衡。在较高碳含量下,各元素氧化速率主要与吹氧量有关;在低碳含量下,脱碳速率主要取决于钢中碳的传质。吹入钢液未反应的氧不在钢中溶解和积聚,逸出熔池并参与熔池上方炉气内CO的二次燃烧。以多层复合壁的二维瞬态导热处理了炉壁传热,考虑了各操作因素及不等温状态等的影响。     

钢包半钢脱磷复吹数值的模拟研究

为研究承德钢厂100t钢包复吹对钢液的搅拌效果,利用Fluent软件对钢包在固定底吹模式下开展侧吹的流场进行数值模拟。结果表明,钢液流速、湍能、冲击面积都随侧吹流量增大而增大,熔池中速度死区逐渐降低,气体对熔池的搅拌能力也随之提高,加大侧吹气量对钢包渣层有搅拌效果,促进钢液的脱磷能力。     

钢液中气泡和夹杂物的去除

熔池中钢液的流动、气泡以及夹杂物的大小都影响着钢液中夹杂物的去除率.研究表明,向上流动的钢液有利于夹杂物的上浮,几乎所有的夹杂物都能在钢液上升流中上浮.向下流动的钢液对夹杂物和气泡的上浮有阻碍作用,当气泡的直径小于1mm时其在钢液中将无法上浮.在钢包精炼吹氩过程中,应使用较小的吹氩量,一方面避免产生过大的气泡而降低底吹气体的利用效率,另一方面减小熔池内的钢液流速,促进气泡和夹杂物的上浮.但吹氩量也不宜过小,必须使气泡保持一定的尺寸来保证其充分上浮.在钢包精炼过程中选择吹氩量时,应综合考虑钢液流速和气泡大小的影响.     

异径双辊薄带铸轧熔池中钢液流动特性

采用有限差分和二维稳态层流模型,应用边界适体坐标(ＢＦＣ)技术对异径双辊薄带铸轧熔池中钢液的流动进行了数值仿真·分析了铸辊转速、液面宽度、浇注区宽度、浇注位置等操作和设计参数对流场的影响·计算结果表明钢液注入熔池后,在双辊相向转动的作用下,会引起强制对流并产生２个逆时针方向的回流区·通过对不同工况的分析指出浇钢时采取低压头、偏流浇注并维持一定的液面高度等操作有利于铸轧过程的稳定进行·     

异径双辊薄带铸轧钢液初始凝固的传热特性

采用有限差分和二维非稳态凝固传热模型,应用边界适体坐标(ＢＦＣ)技术对异径双辊薄带铸轧熔池中钢液的初始凝固传热特性进行了数值仿真·分析了铸轧起始阶段熔池内温度场的发展变化及辊面凝固薄壳的生长过程,指出１００ｓ为适宜的起始铸轧时间,此时凝固末端距熔池出口约９～１０ｍｍ·探讨了钢液过热度、辊壁内表面与冷却水的对流换热系数和辊壁导热热阻等设计及操作工艺参数在起始铸轧阶段对钢液的凝固传热及凝壳形成的影响,结果发现辊壁是制约熔池中凝固传热的重要因素,直接影响着凝壳的快速生长·     

软接触结晶器内的钢液流动及夹杂物运动规律

采用RhieChow非交错网格和适体坐标有限差分方法数值模拟了软接触结晶器内钢液流动和夹杂物的运动规律·结果表明:软接触结晶器上部熔池的搅拌强度增强,自由表面上的钢液流速和紊动能增加,钢液射流的渗透深度减小;在弯月面附近出现明显的钢液回流区;与传统结晶器相比,最大紊动能区从水口附近移动到弯月面附近;夹杂物上浮去除的趋势增加,且在结晶器内的滞留时间延长     

承德100 t顶吹脱磷钢包流场特性研究

利用水力学模型及数值模拟软件研究了倾角式顶吹单孔氧枪对脱磷钢包内熔池流场所造成的影响,并且研究了倾角角度分别为39o、41o、43o、45o和17o的单孔氧枪对熔池的搅拌效果和冲击特性。研究表明：适当的倾斜角有利与熔池脱磷反应的进行,过大及过小的倾斜角会分别减小冲击深度及冲击直径导致熔池脱磷速率降低。当采用43o顶吹氧枪喷头喷吹时,冲击深度及冲击面积适中,熔池混匀时间及死区体积最小,钢液的平均流动速度最大,有利于促进钢包脱磷过程磷元素的扩散,从而提高脱磷效率。工业试验结果表明,43o脱磷氧枪具有更好熔池搅拌能力,在提高脱磷效果的同时降低了冶炼过程中的钢铁料消耗。     

双辊薄带连铸熔池传热特性的研究

该文利用贴体坐标转换方法生成了双辊熔池区域的贴体网格,采用Takuda速度模型求解了熔池的宏观速度分布,通过对热焓与潜热关系的分析,推导出具有对流项时的稳态温度场的温度回升法源项计算公式.在此基础上,计算了熔池区域钢液的传热过程并分析了工艺因素对传热的影响.     

超低氧钢熔炼过程中炉衬与钢液的相互作用

研究高温下耐火材料的相对稳定性及在真空熔炼超低氧钢过程中炉衬材料向钢液供氧的热力学条件和动力学规律。结果表明，在真空感应熔炼过程中，通过透气砖向熔池吹氩，可以实现在较低的真空度下熔炼超低氧钢，以及有效去除钢中的氧化物夹杂物颗粒。     

钢包喷吹时气泡泵现象的全浮力模型

本文研究了钢包喷吹时,供入气流而造成钢液强烈搅动的气泡泵现象。为研究这一现象提出了一种全浮力模型。模型提供了定量分析钢液被搅动的程度和供入能量之间关系的基础。通过在60t钢包内液流速度的实际测定,获得了单位时间内因受气泡泵的作用而进入循环的钢液量与供入气体流量和熔池深度的关系式。这种气泡泵作用的效率是很高的,在正常喷吹条件下,1kg惰性气体(Ar)可以使重量比本身大50万倍左右的钢液向上运动而进入循环。已经发现,对60t钢包内喷吹氩气时,包内钢液对流循环的周期只需20～35 sec,加入物料达到足够均匀所需的混合时间约1.0～1.5 min。     

基于带状热源的摆动焊接温度场数值模拟

在高斯热源的基础上,推导出模拟电弧摆动的带状热源模型,并基于该热源模型,以20.钢平板对接接头为研究对象,运用ANSYS有限元分析软件,对其摆动焊接过程的温度场进行了数值模拟,获得了其焊缝区的瞬态温度场以及各节点的焊接热循环曲线.模拟结果表明:摆动焊接过程中,当热源接近时,焊缝附近节点的温度瞬时上升至1000℃以上,热源经过后,温度又降至200℃以下;与焊接方向垂直截面处节点的最高温度值随节点远离焊缝中心而逐渐降低;焊缝附近节点温度为200℃以下时,升温速度平缓,200℃以上则升温速度明显增大;摆动焊接过程中,焊件上形成宽而短的近似于圆形的熔池.     

无熔深堆焊铜熔池图像视觉检测方法研究

在分析了视觉法检测熔池的取像机理和钨极氩弧焊（TIG焊）电弧光谱的基础上,提出了近红外波段取像铜熔池的思路,并设计出基于不同取像机理的多种复合窄带滤光系统.采用普通电荷耦合（CCD）传感器从正面拍摄了铜熔池,并对不同观察窗口下的取像结果进行比较分析,找到了相对较佳、可获得较清晰的铜熔池图像的取像窗口.最后分析了TIG焊铜熔池图像的特征,并与TIG焊钢熔池图像比较后发现：在近红外波段,铜熔池比钢熔池难于获得清晰的图像.     

电子枪加热坩埚含有固-液界面熔池的传热研究

电子枪加热坩埚熔池高温蒸发是原子蒸气激光同位素分离（ＡＶＬＩＳ）铀循环系统的一个重要环节。为研究电子枪功率与束宽对熔池的流场、温度场分布的影响,从动量及能量方程出发,研究了电子枪加热坩埚内含有固—液界面熔池的传热特性,熔池中流场及温度场变化,固—液界面形状,表面环流,以及传热特性与金属原子蒸发量的关系。并得出电子枪束宽过窄,电子枪功率密度高于１５ ｋＷ／ｃｍ ２ 时,会使导热损失增加、蒸发量减少的结论。     

选区激光熔化成型过程的球化现象研究

为获得高致密及高精度金属零件,弱化甚至消除选区激光熔化快速成型过程的球化现象十分必要。本文从理论上分析金属熔池球化演变机制以及弱化球化的方法,发现熔池的气液界面有使熔池发生球化的倾向;如对上一层基础有一定的重熔量,则熔池分为熔化粉末所形成的上部熔池以及熔化基础形成的下部熔池,下部熔池不会发生球化,且对上部熔池的球化趋势起阻碍作用;上部熔池的液固界面为熔液因重力下坠与基板界面形成的液固界面,视熔液与基板的润湿性的好或坏,对熔池球化具有促进或阻碍作用。因此,保证对上一层具有足够的重熔量可有效弱化球化现象。采用铜基合金粉末进行的单道熔池成型以及多层块状金属实体成型实验也验证了上述分析。     

选区激光熔化成型过程的球化现象

为获得高致密及高精度金属零件,有必要消除选区激光熔化快速成型过程的球化现象.文中从理论上分析了金属熔池球化的演变机制以及消除球化的方法,发现改变激光功率、扫描速度、铺粉厚度等成型参数可以弱化球化现象的原因,在于能对上一层基础有足够的熔化量:如对上一层基础有熔化量,则熔池分为熔化粉末所形成的上部熔池以及熔化基础形成的下部熔池;上部熔池受气液界面张力的作用,总有发生球化的趋势;但下部熔池不会发生球化,且对上部熔池的球化趋势起阻碍作用,当下部熔池熔液充分多时,会完全消除上部熔池的球化现象.采用平均粒径为75μm的铜基合金粉末,在150及80W激光功率下改变扫描速度及铺粉厚度进行的成型实验证实了上述分析.     

基于生死单元法的钙线喂入钢包过程温度场仿真研究

以钢包炉外精炼过程中的喂线工艺为对象,利用商用有限元软件MSC.MARC和生死单元法,建立了钙芯线喂入钢液过程中的温度场仿真模型,解决了钙芯线喂入及其与钢液接触传热的动态过程建模问题。通过数值模拟,给出了喂入速度、钙芯线包覆层厚度等参数对钙芯熔解气化深度的影响规律,结合钙的蒸汽压和钢包熔池内静压力关系,对喂线工艺进行了优化。研究方法对稀土及其他合金包芯线的喂线工艺分析具有一定参考价值。     

铜熔池信息视觉检测和图像处理研究

建立了一个近红外CCD熔池动态信息的图像检测系统，用于钢表面铜熔池视觉信息的检测。应用窄带滤光技术成功地解决了强弧光干扰，在获取清晰的焊接熔池区图像的基础上，研究了焊缝熔池几何尺寸的边缘检出方法，获得了满意的熔池边缘特征图像。     

铝/钢电弧辅助激光焊接润湿铺展的数值分析

针对铝/钢电弧辅助激光对接焊,根据流体力学基本原理,采用VOF(Volume of Fluid)方法追踪自由表面,建立焊接熔池的三维数学模型.通过加载激光热源和电弧辅助激光热源,运用FLOW-3D软件求解得到不同热源作用下熔池的温度场、自由表面及界面接触角.结果表明:单激光作用下x轴方向上距激光热源15mm处的金属温度约为500K,熔池温度场分布范围小,液态金属的润湿铺展受限;辅助电弧的引入改善了温度场分布,为液态金属在钢表面的铺展提供较长时间,x轴方向上距激光热源15mm处的金属被电弧再次加热形成面积较大的熔池,促进了液态金属的润湿铺展;与单激光作用相比,当焊接时间t=6s时,在x=45mm处,电弧辅助激光作用下熔池yz面的自由表面变形较大,铝/钢焊接界面接触角较小,液态金属在钢表面的润湿铺展效果较好.     

耐火材料向钢液中的传氧机理及影响因素

根据相平衡和热力学理论,并通过热力学计算,研究了耐火材料向钢液中的传氧机理以及影响因素·研究结果表明,在钢液深脱氧的情况下,耐火材料中闭口气孔内的氧化物组分分解所产生的平衡氧分压要明显高于钢液中的平衡氧分压,这是使耐火材料向钢液中传氧的主要原因;根据耐火材料的种类和组成配比的不同,耐火材料向钢液中的传氧能力亦不同;钢液中的氧含量越低,越会促进耐火材料中氧化物组分的分解和向钢液中的传氧·