大型钢锭凝固过程的计算机模拟

本文分析了钢锭-锭模系统的各种边界以及浇注过程中的热交换,应用直接差分法,建立了考虑浇注过程中热交换情况的大型钢锭凝固数值模拟方法,提出采用辐射传热处理钢锭、锭模边界产生气隙后的边界条件。最后应用所编程序计算了60t钢锭的凝固温度场,计算结果表明,显式直接差分法进行凝固数值模拟,单元剖分简单,计算方便。60t钢锭的计算温度场符合钢锭的凝固趋势。     

模铸保护渣系列研究

将钢水浇注成钢锭或用连铸机直接浇注成钢坯是炼钢生产的最后一道工序,采用性质优良的保护渣浇注,是得到表面质量优良的钢锭和钢坯的重要措施,不仅可以提高轧制后的成材率,而且可以创造较大的经济效益。 我们从70年代中期开始,系统地研究了不同钢种、锭模所适用的模铸保护渣。根据钢液的成份、熔点、粘度等性质及锭模类型、浇注工艺等因素,科学地设计保护渣的理化性质及配     

大扁锭凝固过程模拟及缩孔优化

对某钢厂28.7t钢锭凝固过程进行测温,并用有限元方法模拟该钢锭凝固过程温度场和凝固场分布.结果表明:温度模拟值与现场测量值吻合很好,证明模拟具有较高的准确性和可靠性;凝固初期,钢锭底部和保温冒与钢锭模连接处凝固较快;52min时,绝热板与钢锭间已形成一定气隙;前3h,钢锭侧面凝固顺序由模壁向钢锭中心平行推进;凝固后期较凝固前期凝固速度快;热电偶测得,保温冒中心凝固时间为428min,钢锭本体中心顶部凝固时间为365min,冒部全凝时间大于本体全凝时间的15%,有利于控制一次缩孔只存在于冒部.通过模拟将浇注温度由1543℃降低到1533℃,不但不影响保温帽钢液对本体的补缩作用,还可以使缩孔减小6mm,有利于提高钢锭质量.     

钢锭头部保护渣增碳机理初探

调查了鞍钢8.3t钢锭头部使用保护渣浇注时的碳偏析情况:在实验室研究了熔融保护渣碳的饱和含量及其影响因素;熔渣-钢液间、碳粉-熔渣-钢液间平衡增碳研究,从而对使用保护渣浇注时钢锭头部的增碳机理提出了初步的看法:由于钢锭头部熔渣的含碳量很低(0.10％—0.20％),所以在浇注中保持足够的熔渣层不致于引起头部增碳。     

用上小下大的钢锭模浇注镇静钢的试验研究

试验了上小下大的钢锭模内挂发热衬板浇注的镇静钢钢锭的低倍组织和中心带的偏析;试验锭与对比锭(上大下小带帽钢锭)轧成的角钢在相当于钢锭中心带几个不同高度上的夹杂物的类别和数量;轧成的角钢的低倍组织和机械性能。指出此种方法应用于生产的J3的可能性及进一步改进的方向。     

注温和注速对钢锭头部积渣的影响

使用膨胀型复合模铸保护渣保护浇注钢锭,普遍存在的一个问题是容易使钢锭产生头部积渣这一表面缺陷。通过工业实验,研究了注温和注速这两个主要浇注工艺条件对钢锭头部积渣的影响规律。研究结果显示,适当提高浇注温度和适当降低浇注速度可以减少钢锭头部积渣,改善钢锭表面质量。     

注温和注速对钢锭头部积渣的影响

使用膨胀型复合模铸保护渣保护浇注钢锭 ,普遍存在的一个问题是容易使钢锭产生头部积渣这一表面缺陷。通过工业实验 ,研究了注温和注速这两个主要浇注工艺条件对钢锭头部积渣的影响规律。研究结果显示 ,适当提高浇注温度和适当降低浇注速度可以减少钢锭头部积渣 ,改善钢锭表面质量。     

钢锭端部变形研究之二——首钢4.5吨锭的底部形状

提高钢锭成坯率的重要措施是减少切头、切尾量。钢锭端部形状锥形化,利用凹底板及瓶口模浇注钢锭是减少切损的有效途径。 对4.5吨锭的底部形状(凹底板)研究指出,底部棱台尺寸为600×600/(260~2～300~2)×150毫米时,切尾率为1.4％,可提高成坯率2％以上。就首钢而言,一年能增产钢坯2.8万吨,得益600万元。     

悬浮浇注对GCr15轴承钢凝固过程的影响

通过研究悬浮浇注工艺下ＧＣｒ１５轴承钢的凝固动力学过程来探讨悬浮剂的作用机理,并在实验的基础上分别讨论悬浮浇注工艺对钢锭凝固过程的温度分布、凝固速度、结晶温度间隔以及形核率的影响。实验结果表明,悬浮浇注能有效地提高钢锭的凝固速度,改善钢锭截面的温度分布和溶质元素的分布,减小合金的结晶温度间隔,增加钢锭形核率。其结果使钢锭凝固时间缩短,化学成分分布均匀,缩松缩孔减少,结晶组织细化。     

钢锭模的热疲劳

本文从热疲劳角度研究钢锭模的破坏。通过模型试验模拟了钢锭模的热疲劳破坏,提出了改善热疲劳性能的改进模型,用有限单元法分析了实际钢锭模和改进型钢锭模在铸钢—水浴过程中的热应力变化,说明了热疲劳破坏的机制及改进型钢锭模的有效性。     

大型钢锭模新铸造方法研究

近年来,钢材严重短缺,为满足钢材生产需要,作为钢锭母体的钢锭模的要求量也大幅度增加。于是钢锭模生产不足、寿命短、而钢锭模要求量急增的矛盾就显得很突出,改进工艺提高钢锭模寿命就很有必要。     

空心钢锭凝固过程缺陷的模拟研究

利用有限元软件Pro CAST对65t空心钢锭底注式凝固过程进行了数值模拟。根据实验条件和实验结果,分析确定了最终凝固位置在距离内壁35%壁厚处时的内壁界面换热系数为400 W/m2·K.采用相同的锭型、浇注方式和边界条件对4.2 t Mn18Cr18N空心钢锭进行了模拟研究,分析了不同浇注温度和浇注速度下的凝固过程。结果表明,在浇注温度为1 415℃,浇注速度为25 kg/s条件下,实现了顺序凝固,最终凝固位置在冒口内,钢锭内没有出现宏观缩孔疏松,冒口根部下方靠近钢锭内壁处存在条状的显微缩松。     

大型锻造用钢锭凝固疏松缺陷的数值模拟

利用有限元软件ProCast对大型锻造用钢锭的非稳态浇注过程和凝固过程进行了数值模拟。对两种不同的浇注工艺方案,通过温度场和固相场,分析了采用双包浇注时不同浇注温度对凝固过程和疏松形成规律的影响。结果发现：后浇包的浇注温度低,加快了钢锭上部的凝固,降低了冒口的补缩能力,导致疏松缺陷偏下,数值模拟与实验结果基本吻合。而方案2模拟的疏松缺陷向冒口处上移92mm,更有利于钢锭锻造过程中对疏松缺陷的消除。     

1．8t钢锭模热应力的有限元法计算

用有限元法分别计算了三种截面尺寸的钢锭模的热应力，结果表明，两种实验钢锭模应力分布不均匀，所以模耗较高；而模锭比为１．１的钢锭模应力分布均匀，模耗较低。     

中小型稀土镁球铁钢锭模的性能及使用寿命分析

本文介绍了三年来采用稀土镁球铁材质制造中、小型钢锭模的生产试制和使用情况。报导了此种钢锭模的主要性能(常温与高温机械性能、抗氧化与热疲劳性能、临界相变点与热膨胀系数等)和表示出机械性能与化学成分间相互关系的回归方程。此外,对钢锭模的损坏机理作了探讨。 生产结果表明,试制的钢锭模寿命比普通灰铸铁增加了一倍,从而证实了稀土镁球铁是一种适用于制造中、小型钢锭模的优良材料。     

模底砖结构对大钢锭充型过程卷渣的影响

通过建立19 t大钢锭充型过程的流动和传热模型，研究大钢锭充型初期的流场和温度场分布特征，针对一系列不同尺寸结构模底砖的钢锭模进行充型过程的数值模拟，研究模底砖结构对充型初期钢液面卷渣的影响。充型初期钢液面波动大，且凝固层推进快，易发生卷渣并被捕获至坯壳。当模底砖下口直径小于上口直径时，钢液进入钢锭模的流速主要取决于模底砖下口直径，并随着下口直径的增大而迅速减小。对于19 t钢锭，当模底砖下口直径大于90 mm后能在很大程度上减小充型初期的卷渣概率。     

钢锭模在热循环状态下的失效形式分析

从钢锭模使用过程中的温度场、热应力、裂纹敏感系数的变化过程以及石墨氧化、高温下铸铁生长等角度对灰铸铁钢锭模在热循环条件下的失效原因进行了探讨。     

稀土灰铸铁在钢锭模中的应用

介绍了稀土灰铸铁在钢锭模生产中的应用。用稀土灰铸铁代替普通灰铸铁后,经湘潭钢铁公司对比使用表明：钢锭模使用寿命提高４３％,模耗降低４．３５ｋｇ／ｔ钢。经济效益明显。     

锌锭模热力行为数值模拟及失效分析

针对锌锭模在使用过程中内圆角部位因疲劳裂纹而失效的问题,利用有限元方法,模拟锌液浇注及其凝固过程中锌锭模的温度场和应力场,找到锌锭模上拉应力最大的3个点,此3点即为控制模具使用寿命的关键点.分析锌锭模的初始温度、锌液的浇注温度对关键点最大应力的影响,模拟锌锭模自身铸造应力和组织性能,得到模具断面铸造应力和抗拉强度分布.分析锌锭模裂纹产生的原因,提出锌锭模使用工艺.研究结果表明:热冲击和疲劳是锌锭模产生裂纹的主要原因,裂纹不一定位于应力最大部位,而是位于应力较大且组织性能较差的部位;在锌锭浇注过程中,当模具的温度较低时,应采用低温浇注.     

浇注温度对脉冲磁致振荡细化纯铝凝固组织的影响

采用自制脉冲电源,研究脉冲磁致振荡(pulse magneto-oscillation,PMO)对纯铝凝固组织的作用效果,考察浇注温度对纯铝凝固组织细化的影响.实验结果表明,低的浇注温度有利于铸锭中形成适合晶核生存的温度场,增加晶核存活数量,从而改善铸锭的细化效果.