连铸坯凝固末端位置控制研究

针对影响连铸坯内部质量的中心缩松、缩孔现象，综合运用数值模拟、实验研究、数理统计等方法，深入分析了连铸过程的主要工艺因素对铸坯凝固及其凝固末端位置的影响，建立了描述各工艺因素与凝固末端位置关系的数学模型。应用该模型可以合理地控制铸坯的凝固末端位置，为实施电磁搅拌技术提供指导。     

电磁软接触中电磁场的影响因素

为了提高铸坯的表面质量和结晶器的寿命,国内外很多学者对电磁软接触连铸技术进行了研究,研究表明电磁软接触连铸技术能有效的控制钢液的初始凝固过程,改善钢液的初始凝固状态,从而在高拉速的条件下生产出无表面缺陷的铸坯,提高成品率,节约能源。综述了电磁软接触连铸过程中结晶器结构、电源频率、感应线圈位置等工艺参数对磁场大小和分布规律,以及电磁场对弯月面变形规律的影响。     

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。     

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.     

双辊薄带连铸温度场与凝固组织数值模拟研究

为了解决薄带连铸工业生产线调试过程中断带、铸带鼓包等问题,提高薄带连铸凝固组织表面质量,基于ProCAST有限元软件,建立双辊薄带连铸工艺的非稳态模型,对Q195凝固过程的温度场及凝固组织进行模拟,采用单一变量法,研究不同工艺参数,包括浇铸温度、拉坯速度、换热系数及熔池高度对凝固过程温度场与凝固组织的影响规律。结果表明,现有工况条件Q195钢双辊薄带连铸过程中在最优参数为浇铸温度1 590℃、拉坯速度为1.0 m/s、换热系数为2 000 W/(m²·K)、熔池高度为188 mm时,能够有效防止鼓包和断带,细化晶粒,提高薄带坯的质量。研究薄带凝固过程中的温度场、凝固组织及应力场的变化规律,对提高带材质量、推动薄带铸轧工艺国产化具有重要意义。     

钢板坯连铸初拉阶段凝固过程数值模拟

建立了钢板坯连铸初拉阶段的三维非稳态传热凝固模型，且实现了该过程的模拟，建立了铸坯凝固层厚度与其表面热流率间的关系，用以表达不同位置上铸坯与结晶器间的换热边界条件，用直接差分法获得了不同高度断面上宽面和窄面的凝固壳厚度及其与拉坯速度随时间变化的关系。模拟结果与实际生产结果基本吻合。     

凝固末端电磁搅拌和轻压下复合技术对大方坯高碳钢偏析和中心缩孔的影响

基于ANSYS软件建立了310mm×360mm断面大方坯连铸过程二维凝固传热数学模型,并采用窄面射钉试验及铸坯表面测温试验对模型的准确性进行了验证.通过模型研究了过热度、拉速和二冷比水量对铸坯中心固相率以及凝固坯壳分布的影响,并结合高碳耐磨球钢BU的高温拉伸试验结果,确定了最佳的拉速以及最优轻压下压下区间要求.通过工业试验对理论模型进行了验证,并分析研究了拉速对采用凝固末端电磁搅拌(F-EMS)以及凝固末端17mm大压下量的轻压下技术生产310mm×360mm断面大方坯高碳耐磨球钢BU铸坯的偏析和中心缩孔的影响.结果表明:采用凝固末端电磁搅拌和轻压下复合技术,通过调整拉速优先满足轻压下压下区间要求,可显著降低中心偏析、V型偏析及中心缩孔,但如果仅达到凝固末端电磁搅拌位置要求时,则铸坯中心质量不会得到明显改善.拉速为0.52m·min-1且轻压下压下区间铸坯中心固相率为0.30~0.75时,偏析和中心缩孔有很大程度的改善,不合理的压下量分配会引起铸坯出现内裂纹以及中心负偏析.     

组合电磁搅拌对连铸大方坯内部质量的影响

结合包钢炼钢厂大方坯连铸机上进行的组合电磁搅拌的中试,设计了合理的组合电磁搅拌工艺参数,并分别对结晶器搅拌和组合电磁搅拌作用下铸坯的中心疏松和成分偏析情况进行了对比分析·试验结果表明,组合电磁搅拌工艺可以解决高碳钢连铸坯的中心疏松和成分偏析问题,铸坯中心发生集中缩孔的几率和指数降低·因此正确的连铸工艺和优化的组合电磁搅拌工艺对充分发挥电磁搅拌的作用、提高铸坯内部质量至关重要·     

连铸坯铸造工艺研究现状

随着连铸技术的发展,提高连铸坯产量和质量成为连铸技术研究的主要问题之一.连铸由于其生产成本低、工作效率高、操作灵活以及高质量等优点在全世界的钢铁行业中都得到了迅速发展.近几年,高效连铸成为连铸发展的一个主要趋势.温度在铸坯凝固传热过程中备受关注,它关系着铸坯的质量和产量,决定高效连铸能否顺利进行.由于铸坯产品的质量与铸坯凝固过程密切相关,而连铸坯的凝固基本上是在二次冷却区内完成的,所以研究二冷热传输过程对了解铸坯凝固行为和保证铸坯质量也具有重要的意义.     

动态轻压下模型的开发及优化

为确保提高连铸板坯铸坯内部质量,开发了一套完整的轻压下模型,包括凝固传热、二冷水动态控制和辊缝控制模型,并对动态轻压下技术的关键参数进行了优化. 通过射钉实验和铸坯表面温度测量,对该模型进行了校核. 实验结果与模型计算结果较为一致;当拉速变化时,铸坯表面温度可以保证在较小的范围内波动. 采用不同的轻压下参数进行生产试验,并通过铸坯低倍检验和中心偏析分析,对压下量和压下位置进行了优化,得出固相率(fs)0.2～0.5、单位压下量1.2 mm·m-1为本铸机最佳的轻压下参数.     

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.     

圆坯中频电磁软接触连铸结晶器内弯月面波动分析

通过实验的方法测量出不同电参数和工艺参数下圆坯中频电磁软接触连铸结晶器内弯月面不同位置的波动情况.实验结果表明:在中频电磁场的作用下,弯月面的波动明显加剧,弯月面中心处的波动相对于边缘部分波动小;随着功率增加,整个内弯月面区域的波动都会加剧,但中心处的波动加剧程度和幅度都比边缘部位要小;当液位越靠近感应线圈中心高度时波动越剧烈,液位位于线圈中心高度以下比线圈中心高度以上相同位置稳定;随着磁场频率增加,结晶器内弯月面的波动趋于稳定,但波动方差的衰减幅度在减小,综合考虑所选择的频率为2.5 kHz.     

37Mn5连铸圆坯凝固过程数学模拟

为控制油井管用连铸圆坯质量,基于薄片移动法建立了连铸圆坯凝固传热数学模型,并应用ProCAST软件对37Mn5钢Φ150mm连铸圆坯凝固过程进行了数学模拟,铸坯表面温度模型预测结果与工业试验测温结果相一致.模拟结果表明,在过热度为(20±5)℃,拉速为2.5m.min-1条件下,可以控制结晶器出口坯壳厚度、铸坯液芯长度和铸坯表面温度在合适的范围内,有利于防止铸坯表面裂纹和内部裂纹等缺陷的产生和保证浇铸安全,并实现较高的生产率.     

消除电磁搅拌连铸坯中“白亮带”的试验研究

针对电磁搅拌连铸坯中的“白亮带”问题进行试验研究和理论分析．结果表明：铸坯凝固过程中电磁搅拌引起的钢液运动特点是能否产生“白亮带”的关键．特殊的电磁搅拌方式有效地抑制“白亮带”的产生．     

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．     

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。     

基于反算热流的结晶器内流动--传热--凝固耦合模拟

基于Navier-Stokes动量方程和湍流低雷诺数k-ε方程,综合考虑能量守恒和钢液凝固与糊状区对流动过程的影响,建立了描述结晶器内钢液流动、传热及凝固过程的三维耦合数学模型。以实测温度和结晶器反问题模型计算出的热流为边界条件,模拟计算了结晶器内钢水的流动、传热和凝固行为。钢液流动决定结晶器内的温度和热流分布,铸坯凝固受钢液流动和结晶器热流双重因素的影响。建立的模型以及由此得到的铸坯凝固非均匀特征可为进一步考察浇铸过程中纵裂和其他表面缺陷提供借鉴和参考。     

直浇道电磁搅拌对连铸坯凝固组织影响

中缩和偏析缺陷对铸坯质量有很大的影响，在直浇道外施加电磁搅拌可以明显地改善连铸坯的凝固组织，并提高连铸坯的质量。选用低熔点Sn-3.55Pb合金浇注试样，用实验方法研究直浇道电磁搅拌对铸坯凝固 组织的影响，并用数值模拟作为辅助手段分析了影响因素。实验证明：施加直浇道电磁搅拌后，铸坯的晶粒细化，等轴晶区扩大，柱状晶区减小；在降低过热度的情况下，施加电磁 搅拌，可避免直浇道堵塞，保证浇注顺利进行，而且铸坯的凝固组织更加细小；在直浇道外施加电磁搅拌，不仅改变了金属液的流动形态，而且提高了浇道内的最低温度，使浇道内的温度分布均匀。     

水平连铸钢坯凝固过程的计算机仿真

在介绍水平连铸机基本结构和工作原理的基础上分析了水平连铸钢坯凝固过程的传热特点,依据传热定律建立了描述水平连铸钢坯凝固过程的数学模型,并对其进行了仿真计算,得到了实际相吻合的结果。     

电磁搅拌对钢坯凝固过程中热工参数的影响

采用自行设计的单侧冷却凝固实验装置进行了有无电磁搅拌作用下钢坯的凝固实验,并通过计算机数据采集系统对钢坯凝固过程中的各种热工参数进行了实时测试和分析·研究结果表明:施加电磁搅拌以后,钢坯凝固初期的铸型热流量明显增加,促进了铸型内钢液过热的耗散,使得钢坯内的温度分布趋于均匀,降低了凝固前沿的温度梯度·这不仅抑制了柱状晶的发展,同时易于在钢液内部同时形核,有利于等轴晶凝固组织的形成,使得钢坯的等轴晶比率由无电磁搅拌作用下的47%提高到76%·这也说明了电磁搅拌促进钢液中的过热耗散是提高铸坯凝固组织中等轴晶比率的重要原因之一·