液穴形状及铸锭表面质量随磁场强度的变化规律

CREM法半连铸7075铝合金过程中,对不同强度低频交变电磁场作用下,液穴形状,即熔体弯液面形状、熔体与结晶器接触高度、初凝壳形成位置点以及液穴深度的变化规律进行了实验研究·结果表明,随着磁场强度的增大,弯液面曲率半径及熔体与结晶器接触高度减小、初凝壳形成位置点降低、液穴深度也随之相应减小,铸锭表面质量明显提高     

气膜对铝合金半连铸液穴形状及表面质量的影响

利用气膜连铸技术对6063铝合金熔体液穴形状、熔体与结晶器接触高度、初凝壳形成位置点以及液穴深度进行了研究.结果表明:与热顶铸造相比,气膜铸造降低了结晶器的有效散热长度,增加了熔体金属与结晶器接触高度,初凝壳形成位置点降低,液穴平直.初凝壳高度降低,减少了由铸锭的回热现象,偏析瘤和冷隔消除,铸锭表面质量明显提高.     

低频电磁场对传统热顶铸造6063铝合金凝固过程的影响

在传统热顶铸造过程中施加低频电磁场,使用热电偶测量了稳定铸造阶段从铸锭中心到边部不同位置的冷却过程,得到了铸锭内部的温度分布,分析了低频电磁场对传统热顶铸造6063铝合金凝固过程、宏观组织和表面偏析层厚度的影响.实验表明:低频电磁场使铝熔体产生的强制对流使熔池内的温度分布更加均匀,促进了铝熔体过热的散失,使熔池内的温度低于6063铝合金的液相线温度,提高了熔池内部形核质点的数量,在没有添加细化剂条件下使铸锭宏观组织均匀细小,降低了液穴深度.铝熔体流动速度的加快能增强石墨环与铝熔体之间的换热,使结晶器内铸锭表面初始凝壳点位置上移,减小了铝熔体与结晶器的有效接触高度,提高了铸锭的表面质量.     

结晶器振动对连铸坯初始裂纹形成影响

简要分析了振动结晶器内弯月面坯壳受力研究现状,归纳了坯壳初始裂纹的形成原因.在此基础上提出描述伴随结晶器振动的弯月面坯壳受力模型,阐述振动周期内初凝坯壳力学状态.分析表明,振动特定时段内,结晶器振动引起施加于弯月面处初凝坯壳上的机械应力为148.4 k Pa,而该温度下坯壳高温临界断裂强度仅为119.1 k Pa,结晶器振动产生的机械应力超过临界断裂强度时极易引发初始裂纹的形成.当结晶器振动速度大于1.61 m·min~(-1)时弯月面处坯壳初始裂纹开始形成,且产生于钢水自由液面以下2.15~5.4 mm位置范围.     

宽厚板坯连铸结晶器流场、温度场及应力场的耦合数值模拟

利用ProCAST软件对2400 mm×400 mm宽厚板坯结晶器建立三维动态模型,采用移动边界法实现结晶器内流场、温度场及应力场的耦合模拟.结果表明：考虑凝固坯壳的影响,下回流区位置向铸坯中心靠拢,真实反映了钢液在连铸结晶器内的流动情况.自由液面的钢液从窄面流向水口,速度先增大后减小,距水口约0.7 m处,出现最大表面流速,约为0.21 m· s-1.结晶器出口坯壳窄面中心厚度最小且由中心向两侧逐渐增大,最小厚度约为10.4 mm;受流股冲击影响较弱的宽面坯壳与窄面相比生长更均匀,宽面偏角部和中心的坯壳厚度分别为18.9 mm和27.6 mm.铸坯坯壳应力变化趋势与温度基本保持一致,表明初凝坯壳应力主要是热应力.结晶器内铸坯宽窄面上的等效应力均沿着结晶器高度下降方向呈增大趋势,铸坯角部、宽面中心及窄面中心位置的最大应力各约为200、100和25 MPa.     

电磁结晶器内钢液面高度变化对电磁力分布的影响

通过建立软接触电磁结晶器内钢液所受电磁力计算的三维有限元数学模型,模拟分析了结晶器内钢液面高度变化对钢液所受电磁力分布的影响.结果表明:钢液柱侧表面所受电磁力沿高度方向的最大值出现在钢液面以下5-6mm处.当钢液面在线圈中心以上5mm处时,钢液所受电磁力达到最大值.当钢液面高度在线圈中心与线圈高度3/4之间时,钢液柱侧表面所受电磁力沿高度方向上的最大值变化幅度不大;但当钢液面高度高于线圈3/4处对应高度后,随钢液面升高,电磁力大幅度衰减.因此,欲使钢液柱侧面受到的电磁力大且波动小,则结晶器内钢液面高度应控制在线圈中心与线圈高度3/4之间.     

水口侧孔倾角对大方坯结晶器流场和液面波动的影响

基于湍流模型与多相流模型的耦合,实现了对结晶器流动与自由液面波动行为的计算模拟.分析研究了不同侧孔倾角对对称多侧孔水口浇注大方坯结晶器内流场及自由液面波动的影响规律.结果表明:水口侧孔向下角度每增加5°,结晶器宽面和窄面冲击点位置分别下降约13 mm和10 mm;一定浸入深度下,钢水出口向下倾角的大小对大方坯结晶器液面波动影响不大,在3 mm以内;结晶器壁面附近的钢液较水口附近钢液活跃.推荐水口侧孔向下倾角为20°.     

板坯连铸结晶器数值模拟

运用Fluent 6.3对板坯连铸结晶器进行数值计算,研究拉速、水口浸入深度及水口开口角度对流场的影响.结果表明:对于断面1400 mm×230 mm结晶器,随拉速增加,液面最大水平和垂直流速均增加,而窄边冲击点的位置基本不变,随距液面距离增加,窄边速度先增加后减小,直至趋向于零;当拉速超过1.2 m.min-1时,液面水平速度增加明显.随水口浸入深度增加,液面最大水平流速减小,浸入深度超过140 mm时,最大水平流速变化不明显;垂直于液面方向的最大速度逐渐增加;对窄边冲击点影响较小.随水口开口向下角度增加,液面最大水平流速减小后增加,水口开口向下12.5°时液面最大水平流速最小,而水口开口向下10°～12.5°时窄边冲击点速度最小.     

铝合金大铸锭超声半连铸多场耦合的数值模拟与实验研究

建立了超声场下直径630 mm的铝合金大铸锭热顶半连铸过程中多场耦合的数学模型,采用有限体积法及自定义函数获得超声作用下结晶器内声场、流场和温度场的分布,并进行工业化实验研究。综合工业实验和仿真结果分析超声对热顶半连铸铝合金大铸锭细晶的机理。模拟结果表明,超声波对宏观物理场的影响非常明显,施加超声后,辐射杆端面下方形成向上的回流区,强烈的紊流促进铝熔体的传质传热,减小液穴深度,使液穴更加平缓,同时初始凝壳点下移,过渡带变窄,铸锭中心处过渡带宽度从342 mm减小到120 mm左右。分析实验结果发现,经超声处理,铸锭组织普遍变得细小、均匀,平均晶粒尺寸减小103μm,最大最小晶粒尺寸差从135μm减小到64μm,且凝固组织晶界变细。     

薄板坯连铸工艺因素对结晶器非稳定流场特征参数的影响

利用波高仪和粒子示踪法在1∶1的水力学模型中研究了薄板坯连铸工艺参数对结晶器内非稳定流场特征参数的影响.结果表明:流场特征参数随时间变化具有一定的周期性.随着拉坯速度增加,平均射流撞击位置下降,平均回流区中心深度下降,平均波高增加;同时,撞击点、回流区中心深度和波高的变化范围增大,周期减小,结晶器内流动不稳定程度增大.随着水口浸入深度增加,平均射流撞击位置下降,平均回流区中心深度下降,平均波高减小;同时,撞击点、回流区中心深度和波高的变化范围减小,周期增加,流场不稳定程度减小.随着水口出口角度增加,平均射流撞击位置下降,平均回流区中心深度下降,平均波高减小;对于较大的水口出口角,尽管结晶器内流场非稳定流动范围较大,但是流场的运动周期较大,液面波动的非稳定程度却较小.     

施加与铸型振动同步的电磁场消除连铸坯表面缺陷

用数值解析方法,计算了铸型在周期振动过程中,润滑剂流路内动压的分布和弯月面的形状;研究了当铸型外部施加高频交流磁场时,电磁压力对动压分布和弯月面形状的影响,分别用数值计算和连续铸模拟实验两种方法,探讨了施加与连铸铸振动同步的电磁场消除铸坯表面缺陷的可能性。     

软接触电磁连铸结晶器保护渣流入行为的研究进展

介绍了软接触电磁连铸的发展过程,工作原理和普通连铸下保护渣熔融结构,从弯月面形状和保护渣动态压力两方面综合论述了软接触电磁连铸结晶器保护渣流入行为的研究进展,并提出了在该技术研究中还需进一步研究的关键问题。     

As-cast structure of DC casting 7075 aluminum alloy obtained under dual-frequency electromagnetic field

We have experimentally determined the as-cast structures of semi-continuous casting 7075 aluminum alloy obtained in the presence of dual-frequency electromagnetic field. Results suggest that the use of dual-frequency electromagnetic field during the semi-continuous casting process of 7075 aluminum alloy ingots reduces the thickness of the surface segregation layer, increases the height of the melt meniscus, enhances the surface quality of the ingot, and changes the surface morphology of the melt pool. Moreover, low-frequency electromagnetic field was found to show the most obvious influence on improving the as-cast structure because of its high permeability in conductors.     

改进铸坯表面质量的电磁连续铸造研究进展

导出了钢电磁铸造的理论基础,综述了国外此课题的研究现状;发现在铸型外侧施加电磁场抑制了液体金属弯月面的变形,改变了金属液的初期凝固状态,改善了铸坯的表面质量,金属液的缓冷却凝固和润滑剂流路动压的降低被认为是改善连铸坯表面质量的主要原因。采用改变铸型结构和施加电磁场的方法,可望实现此铸造方法的工业应用。     

低频电磁场对过共晶铝硅合金组织的影响

采用低频电磁半连续铸造技术制备Al-19.2%Si合金铸锭,利用电子光学显微镜对铸锭的显微组织进行分析比较,研究了电磁场强度和频率对初生硅颗粒形貌的影响;利用测温技术对合金的凝固过程进行监测,研究低频电磁场对凝固前沿温度场的影响.实验结果表明:与普通DC铸造相比,采用低频电磁半连续铸造可以明显改变液穴中熔体的温度场,使其温度显著下降,温度分布均匀,液穴降低,初生硅颗粒得到有效细化;改变外加电磁场条件,随着电磁场强度的增加,初生硅颗粒细化;随着电磁场频率的增加初生硅颗粒逐渐变大.在本实验条件下,外加电磁场条件为15 Hz,12000At时,初生硅颗粒最为细小.     

双条型磁极作用下结晶器内液态金属流动的数学模型

通过涡量－流函数有限元法建立了双条型磁极作用下结晶器内液态金属流动的数学模型,并研究分析了双条型磁极对结晶器内液态金属流动的影响。结果表明：在实验条件下,结晶器内水口出口上下明显形成４个涡流区。     

低频电磁热顶铸造7050铝合金的表面质量和组织

在传统热顶铸造基础上,开发了一种新的热顶铸造结晶器,并在铸造过程中施加了低频电磁场,得出了稳定铸造φ500 mm 7050高强铝合金铸锭的工艺条件;当电磁场频率为15 Hz、磁场强度为10000 At时,铸造出了表面光滑的铸锭.采用偏光显微镜(Leica DMI)观察试样,分析试样的微观组织.实验结果表明:铸造过程中施加低频电磁场能提高铸锭的表面质量,细化铸锭的内部组织,以及抑制铸锭内部裂纹的产生.总结了低频电磁铸造改善表面质量和细化组织的原因以及低频电磁场对液穴形状的影响.     

软接触结晶器内的钢液流动及夹杂物运动规律

采用RhieChow非交错网格和适体坐标有限差分方法数值模拟了软接触结晶器内钢液流动和夹杂物的运动规律·结果表明:软接触结晶器上部熔池的搅拌强度增强,自由表面上的钢液流速和紊动能增加,钢液射流的渗透深度减小;在弯月面附近出现明显的钢液回流区;与传统结晶器相比,最大紊动能区从水口附近移动到弯月面附近;夹杂物上浮去除的趋势增加,且在结晶器内的滞留时间延长