铜辊套对铝带双辊铸轧速度提升的量化研究

双辊铸轧工艺是一种短流程、高效、低能耗的近终成形工艺。但较低的铸轧速度成为制约提高铸轧工艺生产效率的关键因素。基于此,使用换热效率更高的铜辊套成为提高铸轧工艺生产效率的研究热点。本文通过数值模拟与实验,探究了铜辊套与钢辊套分别能够达到的最快铸轧速度,量化铜辊套对铸轧速度的提升效果。模拟结果与实验结果均表明,基于本实验平台,稳定铸轧时,铜辊套的最快铸轧速度可达到10 m/min,是钢辊套的2.5倍。最后建立了双辊铸轧稳态的热阻模型,通过计算得到,在相同条件下,铜辊套的热流量是钢辊套的4～8倍。上述研究结果能够为工业化铸轧机提速改造提供理论依据和指导。     

双辊铸轧中辊套传热的集肤效应及最大铸轧速度

基于热平衡原理,用大型通用有限元分析软件ANSYS建立了双辊连续铸轧中辊套二维稳态传热计算模型;分析在不同转速、材料和内冷等工况下旋转辊套的传热规律,揭示了辊套传热的"集肤效应"和铸轧不同板坯厚度时能够达到的最大铸轧速度.仿真研究表明:随着铸轧速度的提高,"集肤效应"越明显;改变内冷条件,如与内部冷却水的换热系数从5000W/(m2·K)增至25000W/(m2·K),铸轧速度提高不明显;而应用导热性能好的铜辊套,由于其热穿透能力提高,铸轧速度大大提高.     

铸轧温度和辊套厚度对辊套应力场的影响

针对铸轧辊套在复杂工况下承受较大的耦合应力时容易产生疲劳磨损和表面开裂问题,应用AN-SYS软件建立了铸轧辊辊套二维模型,得到了辊套的温度分布规律;通过间接法将热分析结果导入结构模型中,得到了辊套在热应力、过盈装配应力和铸轧力共同作用下的应力分布规律,以及不同的铸轧温度和辊套厚度对辊套应力值大小的影响。结果表明:辊套厚度大于25mm和温度为500℃的工况对延长辊套寿命有利。     

电磁场对5052铝合金铸轧板材组织性能的影响

在传统铸轧过程中施加静磁场和交变振荡电磁场,生产5052铝合金板材,并主要通过显微观察,研究了铸轧工艺对板材的显微组织的影响.结果表明:在浇铸温度为690℃下,同传统工艺板材相比,施加静磁场(025T)生产的5052铝合金板材枝晶生长受到抑制,显微组织得到细化并分布均匀化,但晶粒大小不均匀;采用025T磁场和450A的交变电流生产时,产生电磁振荡效应,中心组织为均匀的等轴晶.交变振荡电磁场铸轧使整个板材等轴化效果最好.屈服强度和抗拉强度分别为122和235MPa,板材性能最优.     

铸轧辊辊套失效机理的理论研究

在分析铸轧辊辊套失效机理的基础上,提出了延长铸轧辊辊套寿命新观点,并在生产中得到验证。     

双辊铸轧辊套温度场分布的圣维南原理现象

介绍了采用有限差分法并建立两个模型来求解铸轧中铸轧辊辊套温度场的方法和结果,发现辊套温度场分布规律与弹性力学中的应力场分布遵循圣维南原理相似。     

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.     

新型铝合金超常铸轧辊套材料的切削加工性能实验研究

满足铝合金超常铸轧工艺所需综合技术性能要求的辊套材料,是采用双辊连续铸轧方法实现铝合金超常铸轧的重要技术保障.辊套材料良好的切削加工性能是获得高性能铸轧辊的基础.对新型铸轧辊套材料的切削加工性能进行了综合分析;从切削力和已加工表面粗糙度两方面,对新型铸轧辊套材料的切削加工性能进行了实验研究.结果表明,新型铝合金超常铸轧辊套材料具有优良的切削加工性能;在相同的加工条件下,切削新型辊套材料时的切削力明显小于切削现有典型合金钢辊套材料,磨削新型辊套材料时的表面粗糙度值与磨削合金钢辊套材料无明显差别.图4,表4,参12.     

双辊铸轧过程中水口对熔池内温度场和流场的影响

双辊铸轧过程中,熔池内金属的流动状态及温度分布直接影响着铸轧过程的稳定性及铸带产品的质量.对双辊铸轧不锈钢过程进行了流热耦合三维有限元分析,主要对浸入式水口出口角度及水口浸入深度对熔池内流场和温度场的影响规律进行研究.研究发现,当水口出口角度大于15°时,熔池内出现双漩涡现象,双漩涡的存在不但改变了熔池内金属流动和溶质分布规律,而且对熔池内的温度场产生影响,使熔池表面温度差异减小,有利于提高铸带表面质量.水口浸入深度增加,熔池表面温度降低;浸入深度过浅,熔池表面温度差异增大,对带钢的表面质量不利,模拟研究结果为合理的水口设计提供了理论依据.     

铸轧速度对熔池内温度场的影响

采用ANSYS有限元软件对双辊铸轧低碳钢过程进行模拟。研究发现,铸轧速度对铸带与铸辊之间的热传导系数有一定影响,对凝固终了点的位置也有很大影响。当铸轧速度提高,带材表面温度和中心温度也提高,而且带材凝固点有所下移,熔池表面温度也有所增加。铸轧速度是保证铸带质量和实现稳定铸轧的先决条件。     

铸轧辊套温度场的近似解析方法研究

双辊连续铸轧中的铸造与热轧过程均由铸轧辊套直接完成;辊套的热疲劳寿命、辊套材质的力学行为均与辊套温度场密切相关。基于对铸轧辊套热传递特征的分析,得出了铸轧辊套温度场数学模型;根据铸轧辊套温度场的特点,运用Galerkin方法,实现了铸轧辊套温度场的近似解析求解.实例计算表明,所得结果与实测结果相吻合,使用方便.图2,表2,参8.     

行波磁场对板坯连铸结晶器内钢水流态的影响

针对板坯连铸过程中, 结晶器内钢水在行波磁场(电磁搅拌)作用下的流动行为, 采用水银作为模拟工质进行模型实验, 并结合基于流场雷诺应力模型的数值模拟, 分析钢水的流动规律及其对连铸工艺的影响. 研究结果显示, 施加行波磁场(电磁搅拌)时, 结晶器内钢水注流的对称性发生了改变, 进流被电磁力推向一侧, 在结晶器内形成全区域的水平环流, 破坏了通常钢水注流所呈现的规律性上下环流; 在结晶器上部近液面区域内, 水口两侧的环流分别被压缩到靠近水口或窄面的位置, 从而使结晶器内流场趋于紊乱的三维流态; 同时, 液面波动幅度增大, 在钢水注流与电磁力反向的一侧, 液面波动更加剧烈.     

双辊薄带连铸用结晶辊套温度场及其热变形

利用非线性热力耦合有限元方法,对浇铸过程中结晶辊辊套的温度场分布进行了研究,并同时计算出了结晶辊的热变形.给出了浇铸稳定阶段的结晶辊温度场分布和热变形规律;分析了浇铸速度对结晶辊温度场和热变形的影响.通过分析得出,在浇铸稳定阶段结晶辊温度只在表层区域发生周期性变化,内部保持基本稳定,浇铸速度越低,周期性变化幅度越大.     

电磁铸造中的磁场分布

依据磁场和电磁压力的测量与计算结果，分析感应器结构、电流和屏蔽位置等对电磁场分布的影响；以半悬浮金属液柱的成型与稳定为准则，优化感应器结构，确定最佳控制参数，并分析了感应器内磁感应强度的衰减规律．结果表明：斜边感应器以倾角４５°为最佳；最佳感应器电流为４４００～４８００Ａ；最佳屏蔽位置上△ｈ＝１２．５～１８．５ｍｍ；感应器内磁感应强度呈指数规律衰减．     

Numerical simulation of the temperature fields of stainless steel with different roller parameters during twin-roll strip casting

The temperature field of stainless steel during twin-roll strip casting was simulated by experiment and a finite element (FE) model. By comparing the measured result with the simulated values, it is found that they fit close to each other, which indicates this FE model is effective. Based on this model, the effects of roll gap (t) and roll radius (R) on solidification were simulated. The simulated results give the relationship between t or R and the position of the freezing point. The larger the t is and the smaller the R is, the closer the position of the freezing point is to the exit.     

复印机粘结NdFeB磁辊的研究

环氧树脂粘结NdEeB这种新型磁性材料用于复印机磁辊，以替代以往的铁氧体磁辊，可以极大地提高磁能积，更好地满足复印机对磁场的要求．针对标准辊的制备过程、磁场的测量、磁场的数学模型的推导以及这种磁辊的磁场分布进行了理论分析，并给出了一个较精确的解．此解经试验验证证实，与实际测量的结果基本相符，而且使磁能积提高了4至5倍。     

频率和磁场对非晶薄带的磁感应效应的影响

研究了频率、磁场对Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶薄带的磁感应效应及磁感应效应变化幅度的影响。结果表明：非晶薄带的磁感应效应随着频率的升高而增强,随着磁场的增强而减弱;非晶薄带的磁感应效应变化幅度随着磁场的增强而增大,当频率低于30 kHz时,非晶薄带的磁感应效应变化幅度随着频率的升高而增大,当频率高于30 kHz时,非晶薄带的磁感应效应变化幅度随着频率的升高而减小。     

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。     

Characteristics of shell thickness in a slab continuous casting mold

The key to reduce shell breakout in the continuous casting process is to control shell thickness in the mold. A numerical simulation on the turbulent flow and heat transfer coupled with solidification in the slab mold using the volume of fluid (VOF) model and the enthalpy-porosity scheme was conducted and the emphasis was put upon the flow effect on the shell thickness profiles in longitudinal and transverse directions. The results show that the jet acts a stronger impingement on the shell of narrow face, which causes a zero-increase of shell thickness in a certain range near the impingement point. The thinnest shell on the slab cross-section locates primarily in the center of the narrow face, and secondly near the comer of the wide face. Nozzle optimization can obviously increase the shell thickness and make it more uniform.