动态轻压下模型的开发及优化

为确保提高连铸板坯铸坯内部质量,开发了一套完整的轻压下模型,包括凝固传热、二冷水动态控制和辊缝控制模型,并对动态轻压下技术的关键参数进行了优化. 通过射钉实验和铸坯表面温度测量,对该模型进行了校核. 实验结果与模型计算结果较为一致;当拉速变化时,铸坯表面温度可以保证在较小的范围内波动. 采用不同的轻压下参数进行生产试验,并通过铸坯低倍检验和中心偏析分析,对压下量和压下位置进行了优化,得出固相率(fs)0.2～0.5、单位压下量1.2 mm·m-1为本铸机最佳的轻压下参数.     

连铸板坯凝固末端在线监测系统

在连铸机扇形段的调整装置位置安装测力传感器，测定由于钢水静压力的变化引起的铸坯与夹持辊之间作用力，实现在线测定铸坯凝固末端．测定系统在攀钢进行了现场测试，结果表明这个方法是可行的，而且有较高的精度．     

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。     

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。     

武钢板坯连铸凝固规律的研究

结合武汉钢铁(集团)公司第二炼钢厂板坯连铸机实际生产情况,采用射钉法测量了不同钢种在二冷区内的凝固坯壳厚度.结果表明,铸坯宽度方向液相穴形状呈W形,1/4处凝固坯壳最薄;综合凝固系数控制在22.38～25.43 mm/min1/2,铸坯液芯长度为20.88～22.35 m,铸坯凝固末端位于二冷段八区;钢种、拉速和冷却制度等因素对板坯凝固过程有影响.     

连铸方坯动态轻压下位置

为准确确定铸坯凝固末端的位置,合理选择压下区域,为实施动态轻压下提供有效技术手段,利用数值模拟方法计算某炼钢厂2#铸机连铸方坯中温度场,用传热模型分析了45#钢在某工艺下的铸坯温度分布图.固相率0.3为轻压下初始点,压下区间总长度为10 m且拉速0.76 m/min时的压下量为0.7 mm/m.     

连铸方坯动态轻压下位置

为准确确定铸坯凝固末端的位置,合理选择压下区域,为实施动态轻压下提供有效技术手段,利用数值模拟方法计算某炼钢厂2#铸机连铸方坯中温度场,用传热模型分析了45#钢在某工艺下的铸坯温度分布图。固相率0.3为轻压下初始点,压下区间总长度为10 m且拉速0.76 m/min时的压下量为0.7 mm/m。     

宽板坯连铸二冷区喷嘴冷却特性研究

根据宽板坯连铸实际工况条件,测定不同冷却条件下喷嘴的冷却特性曲线,分析不同喷嘴布置与连铸实际需要条件的关系.结果表明,喷嘴水流密度峰值随着冷却水量的增加而变大,水流覆盖区域变宽;当喷嘴冷却水量过大时,水流密度分布均匀性不好;气体压力对喷嘴水流密度分布影响不大;双喷嘴喷淋水重叠区的叠加效应随着左边喷嘴冷却水量的递减呈明显的下降趋势,随两喷嘴间距的变大而逐渐减弱;喷嘴间距为450 mm时,铸坯表面喷淋水流密度分布更为合理.     

管线钢连铸板坯的半宏观偏析和凝固组织

研究了不同凝固组织下管线钢的中心偏析情况.低倍组织腐蚀结果表明,连铸板坯的中心偏析由相对独立的、大小不一的半宏观偏析点组成,且不同凝固组织的半宏观偏析特征有所差别.化学成分分析表明,中心等轴晶时板坯中心为负偏析,且贯穿于整个等轴晶区中,而中心为柱状晶时则表现为正偏析.通过对比化学成分和半宏观偏析面积比发现,板坯的半宏观偏析面积比随C和Mn最大偏析度的增加而增加,由于化学成分分析只能反应局部位置的偏析情况,因此半宏观偏析面积比的方法对生产实践更具有指导意义.对不同过热度下不同凝固组织的半宏观偏析面积比的统计结果显示,在合理使用轻压下技术的前提下,中心为柱状晶更有利于减轻半宏观偏析面积比,进而改善管线钢连铸板坯的中心偏析.     

低碳钢连铸板坯表层凝固钩的特征

对不同浇铸条件下的低碳钢连铸板坯进行了凝固钩(Hook)的特征研究,根据凝固钩的形貌概括了凝固钩的不同类型,统计了凝固钩周围气泡和夹杂物的分布,讨论了不同浇铸参数对铸坯凝固钩深度的影响,并通过Bikerman方程和弯月面凝固理论对凝固钩的不同特征进行了解释.结果表明:按形貌可将凝固钩分为完整叶状、双凝固钩、弯曲截断型和二次凝固型四种类型,其中二次凝固型的凝固钩出现的概率最高为46.8%,而完整叶状、弯曲截断型和二次凝固型的凝固钩出现概率分别为25.3%、7.6%和6.3%;研究发现,凝固钩周围的夹杂物数量明显多于其他区域的夹杂物数量,说明凝固钩能够捕获结晶器内上浮的夹杂物;对比不同浇铸参数发现,采用结晶器电磁制动装置(FC-Mold)、减小结晶器水口浸入深度、增大浇铸拉速均能够减小凝固钩的深度;Bikerman方程的计算结果和弯月面凝固理论能在机理上解释凝固钩的形貌特征.     

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。     

Non-uniform heat transfer behavior during shell solidification in a wide and thick slab continuous casting mold

By employing a two-dimensional transient thermo-mechanical coupled finite element model for simulating shell heat transfer behaviors within a slab continuous casting mold, we predicted the evolution of shell deformation and the thermal behaviors, including the mold flux film dynamical distribution, the air gap formation, as well as the shell temperature field and the growth of carbon steel solidification, in a 2120 mm × 266 mm slab continuous casting mold. The results show that the shell server deformation occurs in the off-corners in the middle and lower parts of the mold and thus causes the thick mold flux film and air gap to distribute primarily in the regions of 0–140 mm and 0–124 mm and 0–18 mm and 0–10 mm, respectively, from the corners of the wide and narrow faces of the shell under typical casting conditions. As a result, the hot spots, which result from the thick mold flux film filling the shell/mold gap, form in the regions of 20–100 mm from the corners of the wide and narrow faces of the shell and tend to expand as the shell moves downward.     

连铸坯凝固晶粒生长的元胞自动机模型

首次将元胞自动机(Cellular Automata, CA)方法和有限差分法结合起来,建立了连铸坯凝固时内部等轴晶和柱状晶的随机形核和晶粒生长模型。结合某钢厂实际生产情况,对实际工况下连铸坯凝固组织进行模拟,再现了连铸坯内部组织的演变规律,发现晶粒呈现等轴晶〖XC半字线.tif,JZ〗柱状晶〖XC半字线.tif,JZ〗等轴晶的转变,以及不同工艺制度下3个晶层的厚度情况,表面激冷层和中心等轴晶层厚度随拉速增加而减小,随下钢水过热度降低而增大,但柱状晶层厚度却随拉速和钢水过热度的增加而增加。仿真结果对晶粒的随机形核、晶粒的择优生长、竞争生长以及晶粒的随机取向都有比较好的体现。     

板坯连铸二次冷却控制模型

以某钢厂连铸生产中的二冷水控制模型为研究重点.在分析工况和合理假设的基础上,按照传热学理论导出板坯传热微分方程,用数值计算方法求解微分方程,经回归处理后,得出不同工况下的配水控制模型.仿真实验与生产试验证明了模型是有效的,试验验证的16Mn钢控制模型参数可用于指导生产.     

连铸坯凝固过程应力模型综述

简要分析了不同作者的连铸凝固过程应力模型。 A.Grill等人对 80 0～ 1 50 0℃范围内钢的力学性能与温度的关系进行了假设 ,采用有限单元法 ,根据温度梯度及支撑辊的压力来计算铸坯的应力场 ,建立了应力模型 ;K.Sorimachi对 A.Grill模型进行了改进 ,假设钢在连铸温度 (80 0～ 1 50 0℃ )下的机械性能只与温度和应变速率有关 ,且应变速率为常数 1 0 - 3s- 1,忽略其它变量对机械性能的影响 ;蔡开科考虑铸坯温度回升 ,建立了铸坯热 -弹 -塑性应力模型。     

连铸坯凝固末端位置控制研究

针对影响连铸坯内部质量的中心缩松、缩孔现象，综合运用数值模拟、实验研究、数理统计等方法，深入分析了连铸过程的主要工艺因素对铸坯凝固及其凝固末端位置的影响，建立了描述各工艺因素与凝固末端位置关系的数学模型。应用该模型可以合理地控制铸坯的凝固末端位置，为实施电磁搅拌技术提供指导。     

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.     

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。     

Double-stream-pouring technique for production of gradient materials by continuous casting

A novel method for producing gradient materials by continuous casting is introduced. By using many-stream-pouring technique, samples with gradient distribution of alloy composition along the cross section have been prepared. The main difference of this method from the conventional continuous casting is the pouring system equipped with two sets of tundishes for liquid metals of different alloy compositions. Special consideration is given to the promotion and control of the crass-sectional mass transport. The steady heat transfer and mass flow ensure a partial mixing of two metals and yield a continously varying composition distribution. By adjusting the processing parameters, composition profile with different shapes can be achieved. First experiments have been carried out in Al-Si system and Al-Cu system for three series of Al/AlSi, AlSi/Al and AlCu/Al. It is shown that the alloy composition, the microntructure and the mechanical property change smoothly from the centre to the surface of the samples. This simple and practical method is potential for mass prodution of “structural gradient materials” and may offer a new way for alloy design.