铝熔体在铸嘴型腔中的传热及凝固现象分析

在双辊铝带坯铸轧工艺中,前箱铝熔体的温度对金属熔体在铸嘴型腔中的流动性能、铸轧速度和铝带坯质量有重要影响,而确定前箱铝熔体温度的基本依据是熔体在铸嘴型腔中的能量损失.目前,双辊铸轧铝带坯生产中前箱铝液温度主要通过经验或大量试验确定.通过分析金属熔体在铸嘴型腔中的对流换热及凝固现象,建立了非稳态和稳态传热过程中金属熔体在铸嘴型腔中的温度变化近似数学模型.这对合理确定参数(铸轧速度、铸嘴的几何尺寸和环境温度等)不同时前箱熔体温度提供了理论依据.     

双辊铸轧薄带过程中铸速对熔池内温度场的影响

采用三维流热耦合有限元分析对双辊铸轧不锈钢过程进行模拟,利用反向方法处理铸辊与熔池之间的换热边界条件,研究发现,随着铸轧速度的提高,铸带与铸辊之间的热传导系数增大,凝固终了点位置向铸机出口移动,铸带的表面和中心温度都有所升高,熔池表面温度略有增加.在水口尺寸一定的情况下,铸轧速度过小,铸带横向温差较大.铸轧速度是调节熔池液面高度和轧制力的有效手段.     

镁合金薄带双辊铸轧过程的数值模拟

基于立式薄带双辊铸轧工艺的特点,采用有限元法求解镁合金薄带双辊铸轧过程的三维宏观传输方程,并应用ANSYS软件的智能网格划分技术,实现了对铸轧过程中熔池内部温度场、速度场及凝固过程的耦合模拟.分析了铸轧速度及浇注温度等主要工艺参数对熔池内流场、温度场和凝固终了点的影响规律.研究结果表明,随着浇注温度和铸轧速度的增加,熔池出口处的温度升高,凝固终了点向熔池出口处移动.通过对模拟结果的讨论,给出了适合镁合金薄带铸轧过程的工艺参数:浇注温度为640~660℃,铸轧速度为20~30 m/min.     

双辊薄带连铸温度场与凝固组织数值模拟研究

为了解决薄带连铸工业生产线调试过程中断带、铸带鼓包等问题,提高薄带连铸凝固组织表面质量,基于ProCAST有限元软件,建立双辊薄带连铸工艺的非稳态模型,对Q195凝固过程的温度场及凝固组织进行模拟,采用单一变量法,研究不同工艺参数,包括浇铸温度、拉坯速度、换热系数及熔池高度对凝固过程温度场与凝固组织的影响规律。结果表明,现有工况条件Q195钢双辊薄带连铸过程中在最优参数为浇铸温度1 590℃、拉坯速度为1.0 m/s、换热系数为2 000 W/(m²·K)、熔池高度为188 mm时,能够有效防止鼓包和断带,细化晶粒,提高薄带坯的质量。研究薄带凝固过程中的温度场、凝固组织及应力场的变化规律,对提高带材质量、推动薄带铸轧工艺国产化具有重要意义。     

铸轧速度对熔池内温度场的影响

采用ANSYS有限元软件对双辊铸轧低碳钢过程进行模拟。研究发现,铸轧速度对铸带与铸辊之间的热传导系数有一定影响,对凝固终了点的位置也有很大影响。当铸轧速度提高,带材表面温度和中心温度也提高,而且带材凝固点有所下移,熔池表面温度也有所增加。铸轧速度是保证铸带质量和实现稳定铸轧的先决条件。     

双辊薄带铸轧熔池温度场的在线计算模型

合理简化双辊薄带铸轧的熔池换热边界条件,采用热平衡法推导出熔池温度场的计算模型.该模型考虑了浇铸温度、铸轧速度、辊缝、铸辊温度等工艺参数对熔池温度场的影响,其计算速度和计算精度能够满足实时在线控制要求.根据模型计算结果分析了影响熔池温度场的主要因素,得到了铸轧在线控制的深层规律,并在多次的铸轧实验中验证了模型的正确性.     

双辊铸轧镁合金薄带冷轧实验研究

采用AZ31镁合金铸锭在实验室立式等径双辊铸轧机上进行铸轧试验;对铸轧带坯直接进行冷轧和冷轧后退火处理.研究了AZ31镁合金薄带立式双辊铸轧工艺及铸轧带坯进行冷轧、轧后退火过程的组织演变行为.采用合理的工艺参数,成功铸轧出镁合金薄带,同时由于双辊铸轧快速冷却和压力下凝固成形技术特点,改善了镁合金的凝固组织.对铸轧镁合金带坯直接进行冷轧,最大变形量可以达到40.7%.经过冷轧后的镁合金板材,在350℃下退火30~60 min,可以获得平均晶粒直径为9~10μm的等轴晶细晶组织.     

连续铸轧辊套传热分析

在连续铸轧中,金属液经铸嘴装置连续不断地注入2个相向旋转、内部通水冷却的铸轧辊的辊缝中间,金属液在辊缝中冷却、凝固结晶并经轧制成形.作者通过建立铸坯与铸轧辊辊套之间强温变耦合特性的界面接触热导模型及铸坯和铸轧辊辊套传热数学模型,对铸轧辊与铸坯的温度场进行了仿真,并分析了辊套的厚度、导热系数和表面粗糙度对辊套温度分布的影响.通过仿真分析发现辊套外表面温度在铸轧区变化剧烈,辊套进入铸轧区入口处温度开始急剧上升,但最高温度并不在出口处,而是在轧制区靠近出口处.辊套离开铸轧区后温度开始下降,进入入口处时温度降至最低;界面导热能力随辊套表面粗糙度减小、辊套材料的导热系数增大、辊套厚度减小而增大.     

双辊铸轧超高强铝合金有限元数值模拟

采用有限元法对双辊铸轧7075和7050铝合金的工艺过程进行了数值模拟,研究了合金成分和铸轧速度对铸轧熔池内温度场、流场和凝固场的影响规律。结果表明,在同一铸轧速度条件下,随着合金的等效比热增大,合金在铸轧熔池内的温度梯度随之减小,凝固速率减慢;对于同一种合金,随着铸轧速度增加,合金的速度梯度随之增大,熔池内所形成漩涡的位置下降。模拟结果为下一步的铸轧实验提供了理论依据。     

双辊铸轧超高强铝合金有限元数值模拟

采用有限元法对双辊铸轧7075和7050铝合金的工艺过程进行了数值模拟,研究了合金成分和铸轧速度对铸轧熔池内温度场、流场和凝固场的影响规律。结果表明,在同一铸轧速度条件下,随着合金的等效比热增大,合金在铸轧熔池内的温度梯度随之减小,凝固速率减慢;对于同一种合金,随着铸轧速度增加,合金的速度梯度随之增大,熔池内所形成漩涡的位置下降。模拟结果为下一步的铸轧实验提供了理论依据。     

铜板带水平连铸生产工艺及铸坯缺陷探究

随着国民经济的持续快速发展,国内对铜合金带材的需求量也在逐年增加。水平连铸是目前生产铜及铜合金带材的重要工艺。主要从国内外水平连铸技术的发展历史、水平连铸设备、水平连铸的生产工艺流程、结晶器的基本结构和水平连铸的优点等方面对铜板带的水平连铸进行了论述与介绍。并且重点分析了铜合金板带坯在凝固过程中产生表面凹坑、气孔、晶粒不均匀、边部裂纹、反偏析、缩松等缺陷的原因,并提出了相应的改善措施,有效预防了缺陷的产生,提高了带材的成品率,延长了结晶器的使用寿命。并对铜板带水平连铸未来的发展趋势进行了展望。     

3D stress simulation and parameter design during twin-roll casting of 304 stainless steel based on the Anand model

This study first investigated cracks on the surface of an actual steel strip. Formulating the Anand model in ANSYS software, we then simulated the stress field in the molten pool of type 304 stainless steel during the twin-roll casting process. Parameters affecting the stress distribution in the molten pool were analyzed in detail and optimized. After twin-roll casting, a large number of transgranular and intergranular cracks resided on the surface of the thin steel strip, and followed a tortuous path. In the molten pool, stress was enhanced at the exit and at the roller contact positions. The stress at the exit decreased with increasing casting speed and pouring temperature. To ensure high quality of the fabricated strips, the casting speed and pouring temperature should be controlled above 0.7 m/s and 1520°C, respectively.     

Effect of continuous casting speed on mold surface flow and the related near-surface distribution of non-metallic inclusions

For the control of surface defects in interstitial-free(IF) steel, quantitative metallographic analyses of near-surface inclusions and surface liquid flow detection via the nail-board tipping method were conducted. The results show that, at casting speeds of 0.8 and 1.0 m/min, a thin liquid mold flux layer forms and non-uniform floating of argon bubbles occurs, inducing the entrainment and subsequent entrapment of the liquid flux; fine inclusion particles of Al_2O_3 can also aggregate at the solidification front. At higher casting speeds of 1.4 and 1.6 m/min, the liquid mold flux can be entrained and carried deeper into the liquid steel pool because of strong level fluctuations of the liquid steel and the flux. The optimal casting speed is approximately 1.2 m/min, with the most favorable surface flow status and, correspondingly, the lowest number of inclusions near the slab surface.     

双辊薄带铸轧数值模拟研究现状及展望

由于铸轧过程复杂,工序高度凝聚且工艺参数间联系紧密,其中一些重要的现象无法通过现有实验条件进行测量,因此数值模拟方法成为探寻铸轧规律的一种有效方式,已经在有色金属以及钢铁铸轧领域得到广泛应用。本文对近年来采用数值模拟方法针对铸轧过程中熔池、铸辊、浇注布流系统、带坯组织及侧封板方面的研究应用工作进行了总结,并对电磁场、流场、温度场及应力、应变场等多物理场耦合计算的数值模拟技术在铸轧研究中的应用进行了展望。     

板坯连铸结晶器内凝固坯壳的三维数值模拟

基于流场和温度场的计算,对断面为1 780 mm×225 mm的板坯结晶器进行数值模拟,考虑3种不同水口条件下,钢液流动对凝固壳的冲刷,计算出凝固壳厚度的三维分布特征,并与二维切片法的计算结果进行了对比。结果表明:有水口时结晶器角部位置凝固壳最大值为约45mm,宽面和窄面中心凝固厚度壳最大值为24mm,分别比无水口条件下凝固壳薄1~2 mm;钢液的扩散会使凝固壳在距离结晶器角部300mm和顶部400mm的位置形成约深度2.5mm的凹陷;同时钢液会冲刷整个结晶器窄面的凝固壳,在窄面中心最严重;对比不同的水口,凸底水口冲刷最大,凹底最小。     

低碳钢和中碳钢连铸方坯初始凝固的对比研究

以低碳钢和中碳钢为研究对象,围绕不同连铸工艺参数对方坯初始凝固行为的影响,利用CA- FE耦合模型模拟实际连铸过程结晶器内方坯的初始凝固行为,考察拉速和过热度对方坯出结晶器坯壳厚度的影响,对比二者出结晶器横截面枝晶微观形貌.研究表明：过热度和拉速增加均能使出结晶器坯壳厚度下降,而拉速的影响更为显著.不同钢种在相同条件下出结晶器坯壳厚度下降梯度不同.过热度越低柱状晶越致密细小,利于提高连铸坯质量,拉速对柱状晶的影响相对较小.由于出结晶器坯壳安全厚度限制,过热度取15益,低碳钢拉速不能超过2.2 m·min-1,中碳钢拉速不能超过2.5 m·min-1,据此针对不同钢种设计不同拉速可提高连铸效率.同时,模型结果显示低碳钢出结晶器时刻柱状晶更为发达.     

Lab experiments on the innovative rapid thick strip casting process

Rapid thick strip casting (RTSC) by Anton Hulek, Inventmetall®, is an innovative concept for the production of hot strips with a final as-cast thickness of about 25 mm before rolling. The innovation of the mechanism consists in a vertical mould performing a caterpillar motion. This moving mould has an unconventional parallelogram-shaped cross-section. The conventional rectangular shape is formed in the shaping machine, which is placed straight below the mould. Further elements of the technology are state-of-the-art. For the investigation of this new casting system theoretical calculations were complemented with practical experiments. The investigation focused mainly on two key aspects:the characteristics of the mould and the shaping process. For the practical analysis a static mould with three pairs of elements in laboratory scale was developed and commissioned by the Dept. of Ferrous Metallurgy @ RWTH Aachen University. The shaping experiments were carried out in model scale with two different materials and in variable boundary conditions. The results of these experiments delivered important mechanical as well as thermal informations about the casting system.     

不锈钢板坯凝固传热数学模型

研制了不锈钢板坯连铸凝固传热数学模型,用以预报连铸各参数的冶金效果,如铸坯的温度场、液芯长度、凝固坯壳的厚度等,模型具有多功能性。经生产应用验证,模型具有实用性。