水平连铸5流中间包控流装置优化

为确保铝液水平连铸5流中间包控流的稳定性,利用数值模拟结合水模型试验,优化设计了中间包控流装置,以期获得更为均一的流场和温度场。结果表明,设计的优化控流方案,中间包内铝液流速在各出坯口处分布均匀,且整体接近于拉速;中间包内铝液最大温差由原始方案的15K下降至9K,降低了40%;各流口最大温差由7K降至2K,下降了71.4%。设计的5流中间包控流方案,有利于提高铸坯质量和稳定生产工艺。     

不同进液方式下铜电解槽内电解液流动特性的评价（英文）

铜电解槽的进液口布置方式对极板间的流场有着显著的影响,而流场的分布决定电解过程中的电流分布。为了深入了解电解液在竖直极板间复杂的流动行为,以铜电解槽为研究对象,建立了针对"一端进液"、"底部中心进液"、"上侧交错进液"和"底部交错进液"4种不同进液方式下电解槽内电解液的流动过程的三维计算流体动力学模型并进行数值模拟。结果表明:由于"底部中心进液"式电解槽中进液口的位置分布不均匀,其速度的极差较大,是交错进液时的4倍以上。另外,由于"底部交错进液"式电解槽内电解液的湍流强度较大,因此其体平均速度是"一端进液"式的4倍。综合来看,"底部交错进液"式电解槽能够将新鲜的电解液快速、均匀地补充到极板间,为提高电流密度和增加产能奠定了基础。     

基于温度场优化的多流中间包提质增效

本文对某钢厂七机七流中间包进行数值模拟研究,利用ANSYS Fluent进行仿真实验,并将得到的结果进行水模拟实验验证。结果表明,原型中间包内钢液混合不均匀,各流流动差异较大,中间流与边流之间温差为15 ℃。优化后的U型侧开槽挡墙实验方案与原型方案相比,不仅使得不同流出口钢水最大温差从原型的15 ℃降低至4.9 ℃,而且减弱了第一流与第四流之间滞止时间与峰值时间的差异,有效地延长了中间包内夹杂物上浮时间,达到提升铸坯质量的目的。     

下引法连铸单晶铜试验研究

利用自制下引式真空熔炼、氩气保护连续定向凝固设备制备出φ16mm的单晶纯铜棒材,研究了各工艺参数对连铸单晶铜凝固过程中温度分布的影响,分析了铸锭凝固过程中的表面质量和凝固组织的变化情况.结果表明:拉坯速度、熔体温度、冷却水量等工艺参数对固液界面的形状和位置有显著影响,并通过影响固液界面位置和形状来作用于凝固过程.连铸单晶铜凝固过程中,铜在结晶器内熔点位置即为固液界面位置,理想的固液界面位置在距离结晶器出口30～40mm处;铸锭凝固过程中逐渐淘汰的晶面为(311)、(220)和(111),最后单晶生长的晶面为(200),其晶体生长方向为[100].     

铜液真空除气及其热力学和动力学分析

本文从热力学和动力学方面对铜液真空处理进行了分析,通过对高锰铝青铜经25吨油反射炉熔炼,再置于有真空装置的保温炉中保温,结果表明,在真空度为10托时保温15分钟,铜液含气量平均可减少到0.65cm~3/100g。可见,要降低铜液中的含气量,就必须提高真空处理的真空度。     

在连铸坯直接轧制输送过程中的温度均匀性研究

对直接轧制工艺连铸坯头部经切割点到切断的输送过程进行了温度场数值模拟,并与加盖3、6 m长保温罩的情况进行了对比,分析了铸坯温差变化。结果表明:6 m长连铸坯加盖3、6 m长保温罩后表面中心头尾温差分别可以减小13.3、24.3℃,心表温差分别减小11.6、19.9℃。在长度方向上,从铸坯头部到0.1m处温度变化明显,相对于无保温罩,加盖6 m保温罩后可使此段温度提高约35℃。0.1～1 m的铸坯温度变化缓慢,近似线性升高。加盖保温罩后,铸坯温差缩小明显,头部温度的升高有利于轧制时的咬入。     

受压顶出充芯连铸成形技术的实验研究

在充芯连铸工艺原理的基础上,提出了制备外径为准12 mm,内径为准8 mm小尺寸铜包铝连铸复合坯的新工艺方法,即对铜液进行加压进而改善铜液冷却连铸成形的质量,成功制备了合格的铜包铝连铸复合坯。在现有的充芯连铸机上,自行设计了本实验装置,研究了Cu和Al的加热温度,Cu液充压的压力,二冷方式、强度,连铸复合坯的连铸速度等因素对充芯连铸成形的影响规律。结果表明:在铜的温度为1320℃、铝的温度为740℃、结晶器的冷却水量为4.6 L/min、二冷水量为0.67 L/min、铜液的充气压力为0.05 MPa、二冷位置离结晶器出口为50 mm、连铸复合坯的连铸速度为25 mm/min时可以连铸出铜包铝复合坯,其表面质量光滑,铜铝的复合质量较好。     

充芯连铸铜包铝棒坯工艺参数对表面质量的影响

在自制的连铸设备上，通过工艺参数的合理匹配，成功地制备出外层为铜内层为铝，外径为40mm、铜壁厚为8mm、长为80cm的铜包铝棒坯。试验发现铜液的熔化温度、结晶器水冷铜套与石墨衬套的接触长度、连铸速度、二次冷却水的位置和流量对固液界面、铜管的表面质量以及复合界面铜铝的相互扩散都有很大的影响。合理匹配可使固液界面位置调整到离结晶器出口端5～10mm处，复合棒坯表面光洁、复合良好，经过挤压与拉拔，可以制成不同直径的铜包铝复合线。     

2101双相不锈钢立式连铸坯热应力分布数值模拟研究

采用三维弹-塑性应力模型对立式连铸坯的热应力分布进行了模拟研究。分析了连铸坯整体热应力分布规律及裂纹高发部位,并结合高温力学性能数据研究了热裂纹产生原因。结果表明:铸坯沿拉坯方向存在3个热应力变化剧烈且峰值较高的区域,分别由于足辊区内坯壳内外温差及铸坯温度回升、铸坯中心较大体积的固液相变、固相在不同温度区间收缩速率不同而产生;在铸坯距弯月面1. 13 m的角部对角线位置及距弯月面约6 m的铸坯中心易出现热裂纹。     

连铸铜单晶工艺参数的匹配及其对铸棒表面质量和组织？…

在自制的单晶连铸设备上，通过各工艺参数合理匹配，成功地制备出了表面光洁、直径８ｍｍ、长８－１０ｍ的铜单晶铸棒。通过理论分析和实验验证发现铜单晶连铸时固－液界面位于铸型内，并呈凸出形状。铸型温度、连铸速度和冷却距离对固－液界面的位置有很大的影响，其各工艺参数合理匹配，可使固－液界面位置位于离型出口端２－３ｍｍ；并且当连铸速度大于４０ｍｍ／ｍｉｎ时，固－液界面的形状由凸变凹。当铸型温度逐渐降低（低于铜     

Cu熔体中氧化夹杂在超重力场下的运动规律

对超重力场条件下Cu熔体中的氧化夹杂进行受力分析,建立夹杂颗粒沿超重力方向上的运动速度与运动距离方程,并通过理论计算分析重力系数、夹杂物特性(尺寸、种类、含量)以及熔体温度对夹杂物在超重力场中运动行为的影响。计算结果表明,超重力场能强化Cu熔体中氧化夹杂的定向分离过程,其中重力系数、夹杂物尺寸、夹杂与熔体之间密度差(固液密度差)对夹杂颗粒运动行为影响较大。较大的重力系数、夹杂物尺寸以及固液密度差均有利于夹杂物的上浮去除。     

在线布流调节影响铸嘴型腔熔体流场和温度场的研究

建立了在线布流调节时铸嘴型腔熔体非定常流动和传热数学模型，应用数值方法仿真分析了入口速度斜坡变化时铸嘴型腔流场、温度场、压力场的动态演化过程。结果表明，对型腔进行在线布流调节来改善铸嘴型腔流场、温度场是可行的。     

闪速炉沉淀池中熔体流动特性的数值模拟(英文)

采用CFX4.3对闪速炉沉淀池中的熔体流动和温度分布进行数值模拟研究。针对1个出渣口对应1个冰铜出口(1-to-1)与1个出渣口对应2个冰铜出口(1-to-2)这两种操作方案共设立16种计算工况。模拟结果表明,两种方案下熔体流动相似,但采用1-to-2操作方案时,熔池中可见明显的回流。仿真中还发现,渣口与冰铜出口的不同组合方式对沉淀池中熔体温度分布的影响显著,其中在1-to-2操作方案下,沉淀池中的熔体温度更均匀。在实际生产中,当采用远离沉淀池入口的放铜口进行操作时将更有利于实现沉淀池内熔体温度的均匀分布。     

超声及电磁场对铝合金熔体影响的数值模拟及试验研究

针对铝合金熔体的超声及电磁搅拌处理过程,创建了超声场、电磁场、流场和温度场的数学模型,并采用COMSOL Multiphysics软件求解模型,得到了超声场、电磁场和超声/电磁复合场对铝合金熔体内流场和温度场的分布规律,并通过试验对模拟结果进行了验证。结果表明,增加超声功率使得声压幅值和流场的流动速率均随之增加,同时会使熔体的温度梯度逐渐减小;施加电磁场后产生的电磁搅拌改变了熔体的流动方向且使熔体的流动速率显著增大,这对熔体的温度分布产生了较大影响;在超声和电磁复合场下,电磁场比超声场对熔体流场和温度场的影响更大,且占主导地位。数值模拟结果和试验结果符合较好。     

异形孔导流结构板翅换热器内部流体流动与传热特性

针对板翅换热器各层流道流体分布不均匀问题,提出一种新型异形孔导流增效结构。以流量均匀程度为设计目标,同时考虑换热器入口不同位置流动速度差异,通过采集关键控制点附近流体速度向量,设计一种变孔径的异形孔导流结构。采用计算流体力学方法分析异形孔导流结构板翅换热器内部流体流动与热量传递,同时对换热器流场与温度场进行数值模拟,得到流体流动与温度分布规律并与传统导流结构进行对比。结果表明：异形孔导流结构可在增加流体流动压降的同时提升换热器流体均匀分布程度,导致传热过程中的热压比增加;采用异形孔导流结构可以在一定程度上改善流体均匀分布程度,降低冲击作用,而对异形孔结构进行合理优化与布局可以更好地改善流体在换热器入口位置分布均匀程度,提升换热器的传热性能。     

Turbulence flow and heat transfer of aluminum melt in tip cavity in process of thin-gauge high-speed casting

The uniformity of flow distribution of aluminum melt in tip cavity is a precondition to decide whether or not thin-gauge high-speed casting can be accomplished smoothly. The laws of aluminum melt flow and heat transfer in tip cavity can be found out through numerical simulation, which gives theoretical basis for solving the problem of the flow distribution of melt in tip cavity. A mathematical model with a low Reynolds number k--ε model for turbulence flow and heat transfer of aluminum melt in tip cavity was developed. The finite difference method was used to calculate the flow field and temperature field of aluminum melt in tip cavity. The phenomena and characteristics of turbulence flow and heat transfer were analyzed, including the characteristics of temperature distribution of turbulence similar to that of laminar flow. The simulation results are in good agreement with the experimental results for flow velocities and temperature at the exit of tip, which verifies the validity of the simulation results.     

基于Fluent的合金化炉保温段温度场的数值模拟

建立合金化炉保温段内空气流动与热交换的物理与数学模型,利用Fluent软件,采用标准κ-ε湍流模型,对合金化炉保温段内气体流场和温度场的分布进行数值模拟研究.经分析知模拟结果与实际情况较吻合,此方法对了解和控制合金化炉内的温度分布具有指导意义.     

宽厚板坯连铸结晶器的热流密度与热分析

基于热电偶所实测的温度,构建了邯钢宽厚板坯连铸结晶器的有限元传热模型与其热流密度的非线性估算模型。采取模型反算的结果得出铜板的热流密度,在与热平衡方法计算出的平均热流密度做对比后,论证了模型的有效性,确定了铜板宽面、窄面的热流密度公式,分析了铜板的温度分布。铜板热面的温度曲线呈波浪状分布,其温度变化较为平缓;在靠近冷面侧的温度有最大29.4 ℃的温差。随至弯月面的距离的增大,铜板的温度减小,而在结晶器出口区域出现回温现象,大致回升23 ℃。     

Numerical simulation of effects of cusp magnetic field on oxygen concentration of 300 mm CZ-Si

In magnetic Czochralski (MCZ) silicon growth,the distance and diameter of the electrified coils may affect the magnetic field intensity and melt flow.By changing the above parameters,the optimum geometric configuration of the coils was attempted.Through analyses of the oxygen concentration distribution o f the crystal/melt interface,axial and radial velocity distribution of melt and the magnetic field intensity in the melt,it is found that smaller diameter of coils contributes to reducing the needed current intensity and production costs.For a given current intensity,there is a best distance of coils when the oxygen concentration at crystal/melt interface reaches the lowest.     

脉冲磁致振荡下纯铝凝固磁场与流场分布的数值模拟

脉冲磁致振荡可以细化金属晶粒,为了研究其作用机理,采用ANSYS有限元模拟软件对脉冲磁致振荡下纯铝凝固磁场与流场分布进行了数值模拟.模拟结果显示,由于电磁趋肤效应,线圈中脉冲电流只在熔体表面感应产生电磁力,且随时间出现指向内部的压力与指向外部的拉力交替变化,沿径向有指向熔体顶部与底部交替变化.交变电磁力可以振荡熔体表面率先析出的晶核而使之游离,增大熔体形核率.同时感应电磁力迫使熔体产生流动,会利于晶核的均匀分布与温度场、浓度场的均匀化.