大方坯凝固坯壳厚度的测定

为确定凝固末端电磁搅拌位置和二冷制度的优化提供可靠的依据,利用"射钉法"对某钢厂大方坯典型钢种42CrMo和GCr15在工作拉速下凝固坯壳的厚度进行了测定。根据凝固理论计算铸坯综合凝固系数,测定出连铸机二冷区域凝固坯壳的厚度及凝固终点的位置,获得了凝固终点位置及凝固系数和拉速的关系。结果表明:铸机拉速0.45～0.5m/min时,42CrMo二冷区综合凝固系数为25.34～26.44mm/min1/2,液相穴长度19～23 m;铸机拉速0.42～0.45 m/min时,GCr15二冷区综合凝固系数为25.24～26.45mm/min1/2,液相穴长度18～21m。同时,验证了二级专家系统的准确性。     

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。     

CSP结晶器内钢液流动及凝固的数值模拟

应用数值模拟方法,建立CSP漏斗型结晶器内钢液流动及凝固传热耦合模型。针对结晶器内铸坯角部受到强冷的特点,对结晶器内热流密度采用修正方程进行计算,分析热流密度修正系数对铸坯凝固坯壳表面温度计算精度的影响。通过比较不同拉坯速率下结晶器内钢液凝固的特点,研究凝固坯壳对结晶器内钢液流动行为的影响。结果表明,采用热流密度修正系数后,铸坯凝固坯壳角部温度的计算值与实际情况更相符;提高拉坯速率可使铸坯凝固坯壳厚度减小;拉坯速率较大时凝固坯壳厚度随铸坯距弯月面距离的增大基本呈线性增长,拉坯速率为3m/min时,凝固坯壳在生长过程中厚度的增长有短暂的停滞现象;凝固坯壳对钢液流动的影响较大,主要是由钢液有效流动区域减少及两相区额外动量阻损造成的。     

高碳耐磨球钢大方坯连铸过程凝固定律及在轻压下过程中的应用

基于ANSYS软件建立310 mm×360 mm(长×宽)断面大方坯连铸过程二维凝固传热数学模型,通过窄面射钉试验及铸坯表面测温对模型的准确性进行验证,模拟不同碳质量分数高碳耐磨球钢大方坯宽面和窄面凝固坯壳的生长规律,将计算结果应用于轻压下过程中并进行现场试验。研究结果表明:模型能精确地获得不同工况下任意位置铸坯凝固坯壳的厚度分布、凝固终点位置及中心固相率。不同碳质量分数的高碳耐磨球钢具有相同的凝固规律:结晶器弯月面至二冷区出口,铸坯柱状晶区的凝固坯壳厚度与凝固时间的平方根呈线性关系,符合平方根定律,平方根定律的修正项与过热度有关;二冷区出口至凝固终点,相应铸坯等轴晶区凝固坯壳厚度与凝固时间的平方根呈非线性关系;根据凝固传热模型计算的高碳耐磨球钢BU铸坯中心固相率分布,结合轻压下合适的压下区间要求,拉速从0.43 m/min增加到0.52 m/min,轻压下可压区间增加,铸坯的中心碳偏析明显减少。     

连铸结晶器中坯壳生长有限元分析

为了预测结晶器出口铸坯坯壳的厚度与均匀性,考虑气隙对连铸坯的边界换热条件的影响,建立了铸坯传热凝固有限元计算分析的数学模型。采用热通量系数法反映实际的坯壳角部凝固特征现象。在方坯结果验证基础上,通过对新型H型连铸坯凝固过程进行模拟,计算得出了结晶器出口处坯壳的厚度。计算结果表明:H型铸坯坯壳的厚度随着拉速的增加而变小;铸坯在腹板和翼板交接处最薄,应适当增加水量,以保证坯壳在结晶器出口处具有足够的厚度。     

结晶器内连铸坯凝固过程的有限元数值模拟

建立了结晶器内连铸坯凝固过程的有限元数学模型，在坯壳面表面边界条件中引入与气隙相关的传热模型修正平均热流量方程，研究了铸坯角部气隙对坯壳凝固行为的影响，模拟结果表明，铸坯角部形成的气隙流量显著地长低了坯壳表面的换热，使得铸坯偏角区成的为热节区，此热节区是铸坯凹陷，裂纹等缺陷乃至漏钢事故发生的诱因。     

连铸坯液固相分数检测及液芯末端位置定位新方法

为了准确测量二冷区内铸坯的液固相分数,精确预报铸坯的凝固终点,在理论解析、物理模拟和实验验证研究的基础上,提出了振动法检测连铸坯液固相分数和液芯末端位置的新方法,总结了激振力和受迫振动位移等信号的反馈规律,比较了振频和激振力对相位差的影响,并对检测方案总体思路的可行性进行了论证.研究结果为板坯凝固过程中液固相分数及凝固终点的在线检测提供了指导和参考.     

Q420 C角钢铸坯凝固传热分析及AlN析出控制

为研究Q420C角钢在大矫直应变过程中的铸坯凝固传热行为以及AlN析出对铸坯和轧材质量的影响,本文通过ProCAST模拟软件和射钉试验,对不同参数条件下铸坯表面和角部温度以及坯壳厚度等进行模拟计算,并提出了凝固坯壳厚度修正公式.通过Gleeble实验得出,铸坯在1008~1364℃温度范围内时具有较好的热塑性.对AlN析出的热力学和动力学研究表明,铸坯应避开在AlN析出"窗口"内矫直,轧制前加热炉均热温度控制在1160~1200℃,终轧温度控制在850℃以上可减少AlN在奥氏体晶界沉淀析出.经过工艺试验,成功开发出Q420C角钢,轧材平均合格率达到90%,综合性能指标满足要求.     

小方坯结晶器锥度优化

利用商业软件Thercast建立了描述水冷结晶器内钢液凝固传热和弹塑性变形的有限元模型,对凝固过程进行三维热力耦合求解。首先在坯壳表面施加热流密度,从而得到铸坯结晶器内凝固收缩量和坯壳温度分布,并分析钢水静压力的影响,提出结晶器锥度的设计原则,以确定合适的结晶器纵断面锥度。然后在结晶器铜管冷面施加水冷换热系数,并考虑保护渣和气隙对坯壳凝固的影响,研究坯壳在结晶器内的凝固过程,从而验证所提锥度的合理性。     

电磁搅拌改善铸坯内部质量的实验研究

采用低碳钢进行静态浇铸实验,并就电磁搅拌对铸坯内部质量的影响进行了实验研究·实验结果表明,电磁搅拌可明显提高铸坯凝固组织的等轴晶率,同时又可以改善铸坯内的成分分布状况,从而提高铸坯的内部质量·在合理的电磁搅拌参数和浇铸参数条件下能够得到几乎为100%等轴晶的铸坯·     

非均匀冷却下板坯凝固末端形状及机械轻压下时其对中心偏析的影响

In order to study the effect of continuous casting process parameters on the shape of slab solidification end under non-uniform cooling, a solidification model of a continuous-cast slab with non-uniform cooling condition was established with ProCAST software. The model was verified by the results of nail shooting tests and the infrared temperature measurement equipment. Four characteristic parameters were defined to evaluate the uniformity of the shape of slab solidification end. The results showed that the nonuniformity at the beginning and end of solidification, the solidification end length, and the solidification unevenness increased with the rise of casting speed. For each 10°C increase of superheat, the solidification unevenness increased by about 0.022. However, the effect of superheat on the solidification end length can be ignored. The secondary cooling strength showed minimal effect on the nonuniformity at the beginning and end of solidification. With the increase in secondary cooling intensity, the solidification end length decreased, but the solidification unevenness increased. In addition, the central segregation of the slab produced with and without the mechanical soft reduction (MSR) process was investigated. The transverse flow of molten steel with low solid fraction influenced the central segregation morphology under MSR.     

节镍奥氏体不锈糯固模式及氮的影响

在连铸板坯选取氮含量不同试样,利THERMORESTOE—W型焊接热模拟机对试样局部加热熔化,令其在设定的冷却温度范围以特定的速度冷却,研究氮含量对节镍奥氏体不锈钢初凝组织的影响。试验结果表明：由于氮含量的差异,低氮式样（1号）、高氮式样（2号）的凝固模式不同,且他们随着冷却速度的增加,铁素体及晶粒内部沉淀相的含量变化趋势存在明显的差别。     

Cr12N钢高压凝固钢锭的气泡分布

在冶炼Cr12N铁素体高氮钢时,发现钢锭中有气泡产生,但随着凝固压力的增加,气泡含量越来越少。当熔炼压力0.6 MPa,凝固压力由1.0 MPa增加到1.6 MPa时,气泡数量的平均值由46.37个/mm2降到9.46个/mm2,气泡量下降到原来的20.4%;直径大于20μm的气泡数量下降到原来的17.4%,而直径小于5μm的气泡数量增加了37.7%。熔炼压力0.3 MPa凝固压力1.6 MPa的钢锭,下表面的气泡平均面积含量是上表面气泡含量的23.9%,边缘位置处的气泡平均面积含量是中心位置处的25.9%。根据建立的计算钢锭中实际氮含量模型可知,当熔炼压力为0.6 MPa凝固压力增加到1.8 MPa时,可得到没有气泡的高氮钢锭。     

合金钢板坯连铸凝圆过程的计算机模拟

本文从热传导偏微分方程出发，以太钢第二炼钢厂合金钢板坯连铸机为目标机型，建立了板坯连铸凝固数学模型，推导出计算铸坯温度场的显式、隐式差分公式，并采用等价比热及温度回复法处理潜热，对铸坯凝固过程进行了数值模拟；全部模拟过程均在图形状态下完成，每一步的计算结果都以温度曲线的方式即时显示在ＣＲＴ上，直观性强。     

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。     

用边界元法求解非稳态非线性凝固传热问题

建立了用边界元法求解凝固传热问题的数学模型．用ＦＯＲＴＲＡＮ语言编写了计算程序．以连铸坯凝固传热为例进行了计算．计算结果与实测结果接近．     

板坯连铸结晶器内钢液凝固状态分析

作者开发的有限元分析方法，可用于计算连续铸钢过程中结晶器内坯壳生长情况及表面温度分析，并具有图形显示功能，操作人员可直观地观察钢水在结晶器内的凝固状态及出口坯壳厚度，该软件具有重要的实用价值。     

双带式薄板连铸数值模拟

建立了双带式薄板连铸凝固过程流动与热交换的数学模型。该模型适用于铸造合金凝固各区即液相区域，固相区和糊状区，能量方程和流动方程在车式错列钢格上离散成有限差分方程后用迭代法求解。计算出ＡＩＳＩ１０２０钢薄板连铸过程流场，温度场和凝固区的形貌，并模拟了浇嘴高板坯厚度对凝固过程的影响。     

连铸板坯轻压下过程中间裂纹产生机理

针对板坯连铸过程中间裂纹严重的问题,对中间裂纹的形貌、元素偏析等情况进行分析.通过建立有限元模型,对不同压下位置和不同压下量凝固前沿的受力情况进行计算并与临界应力值进行对比.结果表明：C、P、S等元素在晶界处富集只是促使中间裂纹开裂的内因,真正造成铸坯开裂的原因是凝固前沿所承受的拉应力.铸坯通过矫直段时,多处位置的凝固前沿所承受的拉应力超过钢的临界值,导致凝固前沿容易开裂延伸,形成中间裂纹;而弧形段和水平段处凝固前沿所承受的拉应力不超过钢的临界值,无裂纹产生.统计现场大量轻压下的实验结果显示：轻压下避开矫直区进行时,中间裂纹的发生率降低约41.3%.