铸铁水平连铸矩型材凝固过程热边界的确定

本文以50×90mm水平连铸灰铸铁型材为对象,通过实测结晶器内石墨套特征点的温度值,用差分法求解了型材表面与结晶器传热的热流边界条件。与实测的结晶器冷却水带走的热量比较,证明计算结果与实际吻合。     

基于实测温度推算铸坯表面热流量分布

在现有观测条件下，以结晶器部分实测温度为基础通过建立结晶器铜板内二维温度场模型，给出了用Ｇａｌｅｒｋｉｎ法在线计算结晶器内铸坯表面换热热流密度的方法，从而可在实际生产中比较直接地了解保护渣及坯壳表面气隙分布情况，数据实验显示此方法是有效的。     

连铸坯凝固过程温度模拟系统的开发和研究

建立了连铸板坯凝固过程温度场数学模型。模型中引入了连铸坯在结晶器中表面热流规律的修正方程。针对板坯形状规则的特点，采用有限差分法建立了数学模型。在MATLAB平台下对二冷区内板坯温度场进行分析模拟，以渐变色形式模拟显示了连铸板坯任意截面温度场的等值线、二维及三维可视化显示，显示结果直观。以某钢厂铸机参数及铸坯尺寸为实例进行了模拟分析。模拟结果表明：连铸坯各测量截面的温度与实际测量温度分布相符。该模拟系统为板坯连铸生产过程工艺参数设定与优化提供了理论依据及有效的分析手段，可应用于实际预测当中。     

宝钢板坯连铸结晶器平均热流

对宝钢板坯连铸过程结晶器平均热流的研究发现，当拉速增加到1．2m／min以上时，由于结晶器冷却水进、出水温差不再增加，结晶器宽边平均热流不再随拉速的增加而进一步提高．结晶器的平均热流与钢的碳含量之间有明显关系，含碳0．11％左右的钢浇铸时结晶器宽面和窄面的平均热流均最低．当拉速超过1．0m／min，在浇铸碳含量为0．002％～0．05％和0．13％～0．15％的钢时，相当数量的炉次结晶器窄边热流接近甚至超过宽边热流，表明采用较高拉速浇铸这两种碳含量钢时结晶器窄边锥度偏大．     

碳含量对宝钢结晶器平均热流影响

研究了碳含量对板坯结晶器平均热流的影响，结果表明结晶器宽边平均热流和窄边平均热流与钢的碳含量之间均存在着明显关系，但分别对应宽边和窄边平均热流，其出现最高和最低点的碳含量不同。     

包晶钢宽厚板坯连铸结晶器的热流密度与热行为

基于热电偶实测温度,建立了包晶钢宽厚板坯连铸结晶器有限元传热模型和热流密度非线性估算模型.应用模型反算获得包晶钢宽厚板坯结晶器的热流密度,在与热平衡计算得到的平均热流密度进行比较后,阐述了模型的有效性,并分析了实际生产条件下结晶器铜板的温度分布规律.结晶器宽面和窄面的平均热流密度分别为1.141和1.119 MW·m^-2.温度在靠近结晶器背面呈波浪形分布,最大温差为29.6℃,然而在远离背面位置,温度变化平缓.随距弯月面距离的增加,温度呈降低趋势,然而在距结晶器出口附近出现回温现象.同时宽厚板坯连铸结晶器的热流密度和温度分布均有别于传统板坯连铸.     

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。     

保护渣性能对结晶器内传热的影响

在实验室模拟研究了结晶器内酸性保护渣的传热情况。结果表明：增加保护渣的粘度、提高保护渣的凝固温度，结晶器与坯壳之间渣膜的传热系数和热流密度都减小而热阻增加，通过调整保护渣的性能，可调节渣膜的传热系数，使其适应连铸坯生产的要求。     

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。     

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。     

定向凝固过程中柱状晶的生长机制

为了控制定向凝固过程中柱状晶的连续稳定生长,将真空感应熔炼与连续定向凝固技术相结合,开发出真空连续定向凝固技术。在一定的工艺参数下,在自制的定向凝固设备上成功制备出具有单向凝固组织的直径8mm的Al-1%Si合金棒材。通过对棒材不同位置的微观组织进行研究,分析了连续定向凝固过程中柱状晶形成和长大过程。结果表明:凝固过程开始阶段,新晶粒的出现阻碍原晶粒生长,使晶体呈现一种新的有序结构;柱状晶长大过程中受到晶粒淘汰机制和柱状晶合并机制的综合作用。     

真空熔炼、氩气保护连续定向凝固技术

阐述了真空熔炼、氩气保护下引法连续定向凝固工艺.该工艺将真空感应熔炼和连续定向凝固技术结合在一起,集熔化、提纯、凝固于一体,控制方便,搅拌、脱氧能力强,生产效率高,能生产纯净度高、性能好的定向凝固材料.对该工艺生产的纯铜棒材的质量进行了分析.     

热裂预测的等效应变判据

从热裂产生的液膜理论出发,根据凝固过程温度场和应力场,应变场和数值模拟结果,提出了热裂形成的等效应变判据,揭示了在变截面棒形铸件中,热裂总是发生在等效应变最大的区域中;这一结论与变截面铸件的热裂实验结果相吻合。     

铸件变形计算模型的研究

以杆状铸件变形实验结果为依据，分析了铸造变形机制；铸造过程中的动态温度场导致铸件各部位的不均匀收缩，引起了作用于铸件截面的热弯矩，致使杆状铸件挠曲变形；提出了计算杆状铸件变形挠度的二阶近似微分方程及其离散模型；计算结果与实验结果符合良好。为预测铸件变形，优化铸造工艺提供了经济有效的方法。     

Al-1%Si单晶制备工艺及微观组织分析

在自制的真空熔炼、氩气保护下拉式连续定向凝固设备上成功制取了具有单晶组织的φ8mm Al-1%Si合金棒材,并对其组织演变过程及稳定性进行了研究.分析了定向凝固过程中,硅颗粒在单晶组织中的分布形态,提出了使硅固溶或弥散均匀分布于铝基体中的措施.     

钨丝/锆基非晶合金复合材料的动态力学特性

研究不同体积分数的W丝／Zr基非晶合金复合材料的应力—应变响应和动态断裂特征以及断口形貌．利用Hopkinson压杆冲击加载装置和扫描电子显微镜(SEM)以及X射线衍射(XRD)，对圆柱形复合材料试样进行了相关研究．研究结果表明：Zr基非晶合金复合材料具有很高的动态压缩强度，随着W丝体积分数的增加，材料的动态压缩强度也增加，当W丝体积分数达到60％时，复合材料动态压缩强度达到2650MPa；断裂表面呈现剪切与W丝劈裂、屈曲混合破坏模式；Zr基非晶体在动态压缩条件下出现了显著的热软化和熔化特征．     

铸铁水平连铸用圆结晶器水冷套换热计算方法的研究

建立了铸铁铸用圆结晶器水冷套的换热模型,给出了换热边界条件的确定方法。采用该计算方法可以计算不同水道结构参数和不同水流参数下水冷套的换热效果,其计算结果与实测结果基本符合。该计算方法可为设计结晶器水冷套时使用,并与可已有铸铁水平连铸铸坯凝固过程数值模拟计算程序结合,使之更加完善。     

Mechanism of generation of large (Ti,Nb,V)(C,N)-type precipitates in H13 + Nb tool steel

The characteristics and generation mechanism of (Ti,Nb,V)(C,N) precipitates larger than 2 μm in Nb-containing H13 bar steel were studied. The results show that two types of (Ti,Nb,V)(C,N) phases exist—a Ti-V-rich one and an Nb-rich one—in the form of single or complex precipitates. The sizes of the single Ti-V-rich (Ti,Nb,V)(C,N) precipitates are mostly within 5 to 10 μm, whereas the sizes of the single Nb-rich precipitates are mostly 2–5 μm. The complex precipitates are larger and contain an inner Ti-V-rich layer and an outer Nb-rich layer. The compositional distribution of (Ti,Nb,V)(C,N) is concentrated. The average composition of the single Ti-V-rich phase is (Ti_0.511V_0.356Nb_0.133)(C_xN_y), whereas that for the single Nb-rich phase is (Ti_0.061V_0.263Nb_0.676)(C_xN_y). The calculation results based on the Scheil–Gulliver model in the Thermo-Calc software combining with the thermal stability experiments show that the large phases precipitate during the solidification process. With the development of solidification, the Ti-V-rich phase precipitates first and becomes homogeneous during the subsequent temperature reduction and heat treatment processes. The Nb-rich phase appears later.     

压力对DNAN凝固过程的影响

为指导2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)基熔铸炸药凝固工艺优化设计,采用自制的多点加压凝固测试装置测试DNAN在0.6、0.3 MPa和常压下凝固过程的温度变化和凝固速率,用工业CT和扫描电镜观测试样的缺陷分布情况,用密度仪测试试样的装药密度。试验结果显示:随着压力的升高,DNAN的过冷度和凝固速率均逐渐增大;在DNAN装药体中,凝固产生的体积收缩更多集中于装药体上部,而装药体下部中的弥散性缺陷得到显著降低;DNAN晶粒生长的有序度得到提高,晶粒间空隙逐渐减少,装药相对密度由95.1%提高到了96.7%。上述研究表明,压力作用对DNAN的凝固过程影响较为明显,施加较低的压力即可有效提升装药质量。     

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。