双辊连铸薄带凝固组织仿真模拟的微观模型

在研究双辊薄带连铸工艺凝固过程的基础上,运用金属凝固的基本原理并用现代计算机仿真技术建立了双辊连铸薄带凝固的形核、枝晶尖端的生长动力学、柱状晶向等轴晶生长的转变（CET）的解析模型及仿真模型,为双辊连铸薄带凝固组织形式的仿真模拟奠定了基础。     

电脉冲孕育处理对方坯连铸09CuPCrNi钢凝固组织的影响

在鞍钢工业生产中进行了利用电脉冲孕育技术改善和细化连铸坯凝固组织的探索性实验研究.实验钢种为09CuPCrNi,连铸坯的尺寸规格为150mm×150mm.实验结果表明,在连铸中间罐内对09CuPCrNi钢水进行电脉冲孕育处理可以明显细化连铸坯的凝固组织.与未经电脉冲孕育处理的连铸坯相比,经电脉冲孕育处理后,连铸坯的柱状晶长度明显缩短,一次枝晶臂间距明显减小;连铸坯的中心等轴晶区扩大,中心缩孔得到明显改善.轧材性能达到了技术要求.     

FTSC薄板坯连铸结晶器内钢水凝固传热的数学模拟

建立FTSC薄板坯连铸结晶器内铸坯的凝固传热模型,对凝固传热方程进行了离散化,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,描述了凝固坯壳的温度分布与坯壳生长历程.模拟结果与连铸实际过程基本一致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.     

连铸坯凝固传热过程的数学模型分析

连铸坯凝固传热数学模型对定量分析连铸过程中的热量传递、改善连铸坯质量及实现过程级的动态控制有重要意义．分析了连铸坯在结晶器和二次冷却区凝固传热的特点；重点讨论了建立连铸坯凝固传热数学模型的主要方法，给出了当前代表性的定解条件及参数确定方法；对凝固传热模型的主要数值计算方法，如有限差分法、有限元法以及边界元，进行了对比分析；指出进一步开发实用化凝固传热模型，研究连铸坯凝固传热动态控制模型将在高效连铸生产中发挥更大作用．     

低碳钢和中碳钢连铸方坯初始凝固的对比研究

以低碳钢和中碳钢为研究对象,围绕不同连铸工艺参数对方坯初始凝固行为的影响,利用CA- FE耦合模型模拟实际连铸过程结晶器内方坯的初始凝固行为,考察拉速和过热度对方坯出结晶器坯壳厚度的影响,对比二者出结晶器横截面枝晶微观形貌.研究表明：过热度和拉速增加均能使出结晶器坯壳厚度下降,而拉速的影响更为显著.不同钢种在相同条件下出结晶器坯壳厚度下降梯度不同.过热度越低柱状晶越致密细小,利于提高连铸坯质量,拉速对柱状晶的影响相对较小.由于出结晶器坯壳安全厚度限制,过热度取15益,低碳钢拉速不能超过2.2 m·min-1,中碳钢拉速不能超过2.5 m·min-1,据此针对不同钢种设计不同拉速可提高连铸效率.同时,模型结果显示低碳钢出结晶器时刻柱状晶更为发达.     

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。     

FTSC薄板坯连铸结晶器内钢水凝固传热的数学模拟

建立FTSC薄板坯连铸结晶器内铸坯的凝固传热模型,对凝固传热方程进行了离散化,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,描述了凝固坯壳的温度分布与坯壳生长历程。模拟结果与连铸实际过程基本一致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。     

双辊薄带凝固过程的宏观-微观耦合数学模型

以热焓法处理结晶潜热和以假设的流线边界划分网格节点,在对KGT枝晶生长动力学模型进行修正的基础上,引入异质形核模型和柱状晶等轴晶转变(CET)模型,建立了双辊薄带凝固过程的宏观-微观耦合数学模型.同时,以固相分数为媒介,采用宏观微观不同的网格尺寸和时间步长,通过对柱状晶生长前沿的追踪,实现了宏观-微观模型的耦合求解.实验表明:数学模型预测的薄带凝固组织中的柱状枝晶间距和取向度与实测值基本吻合,说明所建数学模型是可靠的,可用此模型研究工艺因素变化对薄带凝固组织的影响.     

连铸板坯全冶金长度凝固形貌

采用移动边界法计算低碳钢连铸板坯全冶金长度温度场,利用CAFE耦合模型模拟其凝固行为,考察过热度和拉坯速度对板坯宽面中心温度、横断面微观组织形貌及二次枝晶臂间距等影响,并计算二次枝晶臂间距与冷却速度关系及碳元素中心偏析。研究结果表明:过热度和拉坯速度降低均能使宽面中心温度和中心二次枝晶臂间距下降,而拉坯速度的影响更为显著;拉坯速度越高中心等轴晶率越高,晶粒半径越小,利于提高连铸板坯质量,过热度对中心等轴晶率及晶粒半径影响较小;二次枝晶臂间距在固液两相区生成并增大,二次枝晶臂间距与冷却速度之间呈指数关系;连铸板坯中心偏析区域呈岛状分布在中心线上,最大偏析指数为1.14,中心部位负压抽吸临近枝晶间富积溶质钢液导致中心线附近形成负偏析。     

相场参数对TiAl合金枝晶组织的影响

合金凝固过程中的枝晶形貌对所制备材料的宏观特性具有重要的影响,而相场法有效的将合金材料的微观组织和实际凝固过程结合起来,从而能更加真实地对其过程进行模拟。依据自由能最小原理及热力学定律,建立了Ti-Al合金相场与温度场耦合的模型,用相场法模拟合金在非均匀温度场下的枝晶生长过程和枝晶形貌。对形成的图像进行分析,研究各向异性系数、热扩散系数以及相场与温度场的耦合参数对枝晶生长形貌和生长速度的影响。结果表明,在非均匀温度场中,随着各向异性系数的增大,枝晶生长速率增加,且容易出现二次枝臂。此外,热扩散系数的增大会抑制枝晶生长速率,枝晶主干会变细且二次支臂数量显著减少。而耦合系数的增大会加速枝晶生长速率并对二次枝晶的产生有着较为明显的促进作用。     

薄带铸轧过程中微观偏析的模拟

针对薄带铸轧过程冷却速率大的特点,采用微观偏析模型对碳钢在薄带铸轧过程中溶质元素的微观偏析进行了模拟,通过模拟给出了铸轧凝固过程中固相率随温度的变化规律,固相率仅在很窄的温度范围内迅速增加·同时给出了冷却速率对溶质元素偏析的影响规律,随冷却速率的增加,溶质元素晶间偏析增大,而晶内偏析较小·在此基础上给出了碳钢薄带双辊铸轧过程中凝固终了温度值,为确定铸带凝固终了点的位置及铸轧过程的稳定性提供了有效的数据,为铸轧薄带的质量分析提供了理论依据·     

移动电磁场下低碳钢凝固过程枝晶破碎临界条件

为了探讨移动电磁场对低碳钢凝固过程枝晶破碎的影响,进行了移动电磁场下的0.22%～0.34%C(质量分数)低碳钢浇铸凝固实验.对不同磁感应强度下铸坯凝固组织进行了观察,考察了二次枝晶分布,凝固过程冷却速度与二次枝晶间距的函数关系.同时考察了移动电磁场对铸坯柱状晶向等轴晶转变(CET)位置的影响,并对钢凝固过程CET发生时的凝固速度和固相率进行了计算.导出了移动电磁场下合金凝固过程枝晶破碎的临界条件,并通过低碳钢作实验验证,得到了低碳钢凝固CET发生时临界固相率和液相平均流速之间的关系.     

浇注温度对AZ31镁合金连续流变挤压成形组织的影响

研究了不同浇注温度、辊靴型腔中不同位置的AZ31镁合金组织.结果表明,浇注温度高于750℃时,半固态区减小,工作辊对半固态区枝晶的剪切时间变短,枝晶破碎不充分,得不到优质的半固态金属浆料;浇注温度低于730℃时,固相区变大,半固态区部分枝晶未得到充分剪切就进入了固相区,固相区的枝晶更是难以断裂,因此得不到理想的半固态组织;随着固相区的增加,合金变形更加困难,设备工作压力增加,使用寿命降低;AZ31镁合金连续流变挤压最佳浇注温度为730～750℃.     

Analysis of cracking phenomena in continuous casting of 1Cr13 stainless steel billets with final electromagnetic stirring

Solidification cracking that occurs during continuous casting of 1Cr13 stainless steel was investigated with and without final electromagnetic stirring (F-EMS). The results show that cracks initiates and propagates along the grain boundaries where the elements of carbon and sulfur are enriched. The final stirrer should be appropriately placed at a location that is 7.5 m away from the meniscus, and the appropriate thickness of the liquid core in the stirring zone is 50 mm. As a stirring current of 250 A is imposed, it can promote columnar-equiaxed transition, decrease the secondary dendrite arm spacing, and reduce the segregation of both carbon and sulfur. F-EMS can effectively decrease the amount of cracks in 1Cr13 stainless steel.     

不锈钢板坯凝固传热数学模型

研制了不锈钢板坯连铸凝固传热数学模型,用以预报连铸各参数的冶金效果,如铸坯的温度场、液芯长度、凝固坯壳的厚度等,模型具有多功能性。经生产应用验证,模型具有实用性。     

考虑传搁能耗的304不锈钢电炉冶炼流程最优连浇炉数计算方法

分析了304不锈钢电炉冶炼流程的传搁时间和传搁过程温降情况,建立各个工序冶炼温度制度与连浇炉数的关系,得知已有温度制度下的连浇炉数仅为2炉,并以6炉连浇为例给出不同连浇炉数情况下温度制度.通过计算流程中传搁能耗,讨论了连浇炉数与浇次总传搁能耗和平均传搁能耗的关系.提出了一种考虑传搁能耗确定最优连浇炉数的方法.对比发现,当增加连浇炉数的传搁能耗小于开浇一次耗材消耗的能耗时,最大连浇炉数为最为合理的连浇炉数.     

高品质车轮钢二冷区冷却方式

为了探索高品质低成本车轮钢生产工艺,比较了两种二冷区冷却方式(气雾冷却和全水冷却)对车轮钢铸坯表面温度、凝固组织与宏观偏析的影响.结果表明:两种冷却方式下的二冷区矫直段铸坯表面温度均高于950℃,处于高温塑性区,可避免产生矫直裂纹;两种冷却方式均得到了均匀对称的凝固组织;虽然气雾冷却可略微增加等轴晶比例和降低铸坯中心偏析,但是使铸坯枝晶间距变得较为粗大,并且加重了1/2半径附近处的偏析,对随后的加工和成品的质量更为不利.综合考虑实验结果和生产成本,认为全水冷却方式更适合高品质车轮钢的生产.     

窄板坯结晶器内连铸工艺参数对钢液流场的影响

Computational simulations and high-temperature measurements of velocities near the surface of a mold were carried out by using the rod deflection method to study the effects of various operating parameters on the flow field in slab continuous casting (CC) molds with narrow widths for the production of automobile exposed panels. Reasonable agreement between the calculated results and measured subsurface velocities of liquid steel was obtained under different operating parameters of the CC process. The simulation results reveal that the flow field in the horizontal plane located 50 mm from the meniscus can be used as the characteristic flow field to optimize the flow field of molten steel in the mold. Increases in casting speed can increase the subsurface velocity of molten steel and shift the position of the vortex core downward in the downward circulation zone. The flow field of liquid steel in a 1040 mm-wide slab CC mold can be improved by an Ar gas flow rate of 7 L·min?1 and casting speed of 1.7 m·min?1. Under the present experimental conditions, the double-roll flow pattern is generally stable at a submerged entry nozzle immersion depth of 170 mm.     

Computational algorithms to simulate the steel continuous casting

Computational simulation is a very powerful tool to analyze industrial processes to reduce operating risks and improve profits from equipment. The present work describes the development of some computational algorithms based on the numerical method to create a simulator for the continuous casting process, which is the most popular method to produce steel products for metallurgical industries. The kinematics of industrial processing was computationally reproduced using subroutines logically programmed. The cast steel by each strand was calculated using an iterative method nested in the main loop. The process was repeated at each time step (Δt) to calculate the casting time, simultaneously, the steel billets produced were counted and stored. The subroutines were used for creating a computational representation of a continuous casting plant (CCP) and displaying the simulation of the steel displacement through the CCP. These algorithms have been developed to create a simulator using the programming language C++. Algorithms for computer animation of the continuous casting process were created using a graphical user interface (GUI). Finally, the simulator functionality was shown and validated by comparing with the industrial information of the steel production of three casters.