双辊铸轧铸嘴型腔的三维流动分析

建立了双辊铸轧铸嘴型腔的三维流体流动的数学模型 ,应用数值方法计算铸嘴型腔的流场 ,分析了三维流动现象及其特点 ,把计算的铸嘴出口处的流体速度与实验结果相比较 ,两者基本吻合 并得出结论 :铸嘴型腔的结构是影响流体流动的主要因素之一 常规铸轧常用铸嘴出口处熔体速度相对误差达 2 0 %以上 ,不能满足超薄快速铸轧技术的需要 图 6 ,参 5     

铝熔体在铸嘴型腔中的传热及凝固现象分析

在双辊铝带坯铸轧工艺中,前箱铝熔体的温度对金属熔体在铸嘴型腔中的流动性能、铸轧速度和铝带坯质量有重要影响,而确定前箱铝熔体温度的基本依据是熔体在铸嘴型腔中的能量损失.目前,双辊铸轧铝带坯生产中前箱铝液温度主要通过经验或大量试验确定.通过分析金属熔体在铸嘴型腔中的对流换热及凝固现象,建立了非稳态和稳态传热过程中金属熔体在铸嘴型腔中的温度变化近似数学模型.这对合理确定参数(铸轧速度、铸嘴的几何尺寸和环境温度等)不同时前箱熔体温度提供了理论依据.     

铸嘴结构对3004铝合金铸轧流热场的影响及其优化设计

针对3004铝合金铸轧生产中熔体流动性差、铸嘴布流困难、易造成板面缺陷的现象,采用高温熔体黏度测量仪对3004铝合金熔体黏度进行测量,根据实测物理参数与生产工况,采用COMSOL Multiphysics软件对熔体在2种不同结构铸嘴中的流热场进行有限元模拟分析,根据模拟结果对铸嘴结构进行优化设计与实验检测。研究结果表明:在660~750℃范围内其黏度μ与温度θ的关系可表达为μ=10-3×exp(0.059+621.379/θ);当铸嘴入口2边的挡块与水平方向成8°倾斜角,挡块与分流块间间距为30 mm时,铸嘴型腔内容易产生涡流,流热场分布不均匀;当铸嘴入口2边挡块水平设置,挡块与分流块间间距为50 mm时,熔体流动平缓,流热场分布较均匀。实验验证了模拟结果的准确性与优化方案的可行性。     

双辊铸轧铸嘴内部铝液流动的三维数值仿真

针对在常规铸轧条件下结构型式完全不同的2种铸嘴,根据实际工况,分别应用层流模型和低雷诺数的k-ε湍流模型,用商业软件CFX(version 4.2)对铝液在其内部的流动进行了三维数值仿真.研究结果表明:对于应用层流模型的铸嘴结构,其内部铝液流动的仿真结果与水模实验结果基本一致;对于应用低雷诺数的湍流模型的铸嘴结构,其内部铝液流动的仿真结果能较好地为铸嘴结构及参数的改进提供依据.尽管2种铸嘴结构的差异很大,铸嘴入口处的流动状态不同,分别处于层流和湍流的状态,但铸嘴出口处沿铸轧方向的流速分布规律在铸嘴宽度和高度方向非常相似.     

铸轧速度对液态金属凝固行为的影响

双辊铸轧是一种高效制备金属薄板带坯的先进技术.在铸轧过程中,熔池内的液态金属受到强冷、熔体对流的影响;随着铸轧速度的提高,熔池深度向轧制方向延伸,熔池头部的金属熔体受到轧制压力的作用.作者采用双辊铸轧工艺,在实验室小型工业铸轧机上以不同的铸轧速度生产出2 mm和3 mm纯铝薄板带坯,通过对铝带坯凝固区的显微组织观察及熔池温度场特性的分析,对铸轧速度对液态金属的凝固行为的影响进行了研究.图2,参10.     

铝薄带超常铸轧辊套热应力仿真分析

采用双辊连续铸轧方法,实现铝薄带的超常铸轧,是一种高效、短流程、低能耗的近净和近终形成型技术.在铝薄带超常铸轧过程中,铸轧辊套温度场周期性的变化引起铸轧辊套内热应力场的周期性变化.根据铸轧辊套热应力数学模型,对铝薄带超常铸轧辊套热应力进行了仿真分析.结果表明,辊套外表面不仅热应力大,而且变化幅度大;辊套材料的导热能力、铸轧速度、辊套表面与冷却介质的换热系数对辊套热应力场有显著影响.图3,表1,参12.     

快速铸轧条件下轧制压力的建模与仿真

通过建立轧制压力模型,对常规铸轧进行了仿真计算,计算结果与实测数据相符合,从而验证了模型的合理性,在此基础上,对快速铸轧进行了虚拟仿真研究,研究结果表明：不增强铸轧辊内、外冷却能力,单纯减薄铸轧板坯即可提高铸轧速度;随着铸轧速度降低与铸轧区增大以及铸轧坯厚度减薄,轧制压力峰值增大;随着铸轧辊径增大,轧制压力提高,因此铸轧机力能设计参数也要相应增大。     

外冷在铝材铸轧过程中的作用机理

外冷技术是实现铝材超薄快速铸轧的关键技术之一,它通过在铸轧过程中对铝板和辊套外表面进行强制冷却以达到提高系统的传热能力,增加铸轧速度,提高铝材质量的目的．作者在研究了铸轧过程传热模型和辊-板系统温度场特点的基础上,分析了外冷板面和辊面对辊套和铝板的温度场及铸轧速度的影响规律．研究结果表明随着铸轧速度的提高,外冷板面对提高铸轧速度的影响逐步减少,而外冷辊面对提高铸轧速度的影响逐步增强．造成这一现象的原因在于外冷板面和外冷辊面对提高铸轧速度的作用机理不同,因此,应将辊面外冷作为外冷技术的发展方向,通过采用高效外冷介质,合理设置外冷区间来满足超薄快速铸轧对外冷技术的要求．本研究对确定铝材铸轧过程中的外冷技术方案,具有重要的意义．     

双辊铸轧薄带过程中铸速对熔池内温度场的影响

采用三维流热耦合有限元分析对双辊铸轧不锈钢过程进行模拟,利用反向方法处理铸辊与熔池之间的换热边界条件,研究发现,随着铸轧速度的提高,铸带与铸辊之间的热传导系数增大,凝固终了点位置向铸机出口移动,铸带的表面和中心温度都有所升高,熔池表面温度略有增加.在水口尺寸一定的情况下,铸轧速度过小,铸带横向温差较大.铸轧速度是调节熔池液面高度和轧制力的有效手段.     

超薄快速铸轧板形控制

在超薄快速铸轧条件下,板形控制成为实现超薄快速铸轧工艺规程并最终保证产品质量的关键.板形与力辊型、热辊型、布流等众多因素及这些因素间的互相耦合等有关,板形控制模型难以建立.为此,作者研究一种基于人工神经网络技术的超薄快速铸轧过程板形控制方案.该方案采用模块化的设计方法,以西门子可编程序控制器PLC作为底层控制单元,以工控机作为上位机实现铸轧过程的板形监控.实验结果表明该方案实现简单,通讯可靠,适用于同类工业控制系统.     

Surface turbulence in a physical model of a steel thin slab continuous caster

In the thin slab continuous casting (TSCC) of steel, the issue of optimum fluid flow is very important due to higher casting speeds and has direct influence on the formation of solidified shells and the quality of final products. In the current work, a full-scale physical modeling of a thin slab caster on the basis of dimensionless Reynolds and Froude similarity criteria was constructed. The flow pattern in the funnel shaped mold with a new tetra-furcated submerged entry nozzle (SEN) was investigated. To determinate optimum operational parameters, some experiments were carried out under various casting conditions. The results show that the tetra-furcated design of the nozzle leads to a special flow pattern in the mold cavity with three-dimensional recirculating flow. It is also shown that the increase of casting speed and gas injection results in surface turbulence. On the other hand, using a higher depth of SEN decreases the vortex in the free surface of the caster. To avoid surface turbulent and related casting problems, it is recommended to use 30-cm and 40-cm SEN depth at the casting speeds of 3.5 and 4.5 m/min, respectively.     

连续铸造复合轧辊辊芯预热的数值模拟

建立了连续铸造复合轧辊辊芯预热的数学模型,并对辊芯预热温度的分布情况进行了数值模拟,分析了拉坯速度及陶瓷隔热管对辊芯预热温度分布的影响.结果表明,辊芯到达线圈下端面时,辊芯表面与中心具有最大的断面温差,离开线圈一定距离后,由于表面的散热作用,中心温度会超过表面温度;较大的拉坯速度不利于提高辊芯的预热质量;在拉坯速度较小的情况下,安装陶瓷隔热管将会对辊芯表面起到较好的保温作用,而在拉坯速度较大时,保温效果不明显.     

压力下真空密封铸造工艺研究

提出了一种新的铸造工艺压力下真空密封铸造,用这种工艺铸造出了薄壁、高精度、表面光洁的黑色金属铸件·试验表明,压力下真空密封铸造的铸型有很高的抗压强度,比高压造型铸型、V法铸型的抗压强度高3～4倍,可达650kPa以上;充型过程中压力下真空密封铸型的型腔内形成了较大的负压,在负压的抽吸作用下金属液有很强的充型能力·     

基于ANSYS的板坯连铸结晶器内流场数值模拟

利用ANSYS对板坯连铸结晶器内流场进行数值模拟,并用水模拟对其进行了验证。借助于ANSYS强大的后处理功能对流场进行了更为深入的研究,同时还分析了拉速、水口浸入深度和水口出口倾角对流场的影响。     

连续铸造复合轧辊结晶器流场的数值模拟

采用湍流两方程模型,对连续铸造复合轧辊组合结晶器内钢液的流场进行了数值模拟研究,分析了拉坯速度及浇注倾角等工艺参数对组合结晶器内钢液流场的影响.结果表明:钢液进入组合结晶器后分为三个流股,其中的两个流股对称地沿周向流动的同时向上反卷,在组合结晶器的上部形成两个对称的漩涡;另一个流股沿周向流动的同时向下流动,最终以几乎相等的流速流出结晶器.涡心位置随着拉坯速度的增大而下移,同一拉坯速度下,漩涡涡心在浇注倾角为60°左右时最低.在相同的拉坯速度下,随着浇注倾角的增大,钢液流股的穿透深度也随之增大.浇注倾角为15°时,钢液对辊芯的冲刷速度较大,而浇注倾角为90°时,钢液对辊芯的冲刷速度较小.     

异形坯结晶器三维流场模型的研究

依照湍动能理论及异形坯连铸的特点 ,建立了异形坯结晶器三维流场数学模型 ,运用该模型可分析不同水口参数及不同工艺参数条件下的流场分布 ,从而对连铸过程进行离线分析 ,确定最佳参数 ,并可作为在线控制模型的基础     

高速板坯连铸结晶器内流场、温度场的数值模拟

本文利用商业软件ＰＨＯＥＮＩＣＳ，建立了一个三维有限差分模型，用来描述在高速板坯连铸结晶器内的钢液流动和热量传输过程。通过计算机模拟，分析了拉速、水口出口角度、插入深度、水口出口面积比等参数对结晶器内的流场和温度场的影响。在此基础上提出了适应高速浇铸的合理伸入式水口结构尺寸