AZ31镁合金圆锭电磁连续铸造过程的数值模拟

通过有限差分法,利用Visual C++6.0建立AZ31镁合金电磁连续铸造过程的数学模型,该模型可预测铸锭及底模的温度分布。利用温升法测量了电磁连铸过程铸锭内部的感应热量值和分布,得到了沿结晶器水平方向、垂直方向不同条件下的感应热分布,并计算获得了该试验条件下的感应加热功率,在数值模拟时有效地合并到了温度场的数值计算模型中。确定一冷区、二冷区以及铸锭与底模之间的边界条件。通过将计算结果与实测温度的比较,证明该模型可以用来模拟实际铸造过程。研究了不同铸造条件对铸锭温度场分布的影响,为优化镁合金电磁连铸的工艺参数提供了依据。     

超轻镁合金板坯直冷连铸三维温度场数值模拟

运用有限差分法,对超轻Mg-Li合金(LA141)板坯直冷连铸过程温度场进行数值模拟,根据实际过程的物理现象以及文献资料确定包括一冷区、二冷区在内的边界条件,并且考虑底模与铸坯之间随着铸坯的变形而引起的换热系数的变化.通过计算铸坯内温度场的分布,固-液界面的形状和位置,分析各种铸造参数,包括浇注温度、冷却水量、铸造速度等对连铸过程的影响.另外也比较了在同等铸造条件下LA141铸坯和AZ31铸坯铸造过程中凝固前沿的形状.     

铸造参数对2024铝合金半连铸过程中宏观偏析影响的数值模拟研究

本文采用考虑了浮游晶运动的拓展连续模型计算大尺寸2024铝合金半连铸铸锭的宏观偏析。模型中宏观的传质、传热、动量传输方程与Scheil-Gulliver微观凝固模型相互耦合。通过九个算列计算铸造参数（铸锭尺寸、铸造速度、浇注温度以及二冷区冷却强度）对宏观偏析的影响,并详细讨论了铸造参数对形成宏观偏析传输机制的影响。研究结果表明,铸造参数直接影响熔池的形状和尺寸进而影响最终偏析形态。其中,铸锭尺寸和铸造速度是最主要的影响因素。更大的铸锭尺寸通常意味着更慢的冷却速度,以及更深和更宽的熔池,从而导致铸锭中心更严重的宏观偏析。增加铸造速度则将显著地增加熔池的深度,因而更大的铸造速度将导致更严重的宏观偏析。而熔池的深度随浇注温度的增加仅轻微增加,故浇注温度对宏观偏析的影响不如前二者敏感。     

AA7050合金半连铸开裂及变形机制

通过数值模拟对工业大规格铸锭在半连铸过程中的应力场分布以及铸锭的变形进行了研究，分析了铸锭可能的开裂方式以及铸锭变形的机制，同时也研究了铸造速度对铸锭中应力场和变形的影响。结果显示，改变铸造速度对铸锭中各应力分量的影响不同，因此也影响了铸锭可能的开裂方式；提高铸造速度大幅增加了轧制面收缩的程度，但翘曲主要受起始阶段铸造速度的影响，受稳态铸造速度的影响不太显著。初始铸造速度对翘曲的影响主要是由其对液穴深度的影响所致。     

电磁场和钙微合金化对变形镁合金AZ61组织和力学性能的影响

研究电磁场和钙微合金化对连铸造过程中变形镁合金微观组织和力学性能的影响。利用金相显微镜(MEF-4A)、X射线衍射仪(XRD-6000)、扫描电镜(JSM-5600LV)和电子探针(EPMA-1600)对制备的连铸造锭微观组织、相组成和元素分布进行分析,并利用MTS NFW-810型试验机对连铸造锭的力学性能进行考察。结果表明:电磁场和钙微合金化复合作用能连续铸造出表面光滑、无氧化夹杂和偏析瘤的高质量铸锭,合金的微观组织得到改善,施加电磁场和钙微合金化后变形镁合金AZ61连铸锭具有晶粒细小、析出相弥散分布的均匀组织;电磁场和钙微合金化均能提高变形镁合金AZ61的抗拉强度,合金的最大抗拉强度值达到259.4MPa,较直冷连铸AZ61镁合金的提高24.2%;但钙微合金化不利于提高AZ61镁合金的伸长率。     

ZK61M变形镁合金铸造工艺研究

ZK61M变形镁合金铸造过程中经常出现铸锭表面开裂。据此试验研究了合金成分(Zn、Zr含量)对铸锭组织和性能的影响,铸造工艺参数(铸造温度、冷却强度、铸造速度、结晶器)对铸锭质量和开裂缺陷的影响,铸锭均匀化工艺参数对铸锭组织和加工塑性的影响。确定了ZK61M镁合金的成分范围,w(Zn)=5.3%~5.5%,w(Zr)=0.6%~0.8%;优化了铸造工艺参数,防止熔体过热,铸造温度695℃~705℃,铸造速度36 mm/min~40 mm/min,改进结晶器,减少二次水冷却强度;铸锭均匀化工艺参数390℃12 h。这样形成了ZK61M镁合金铸锭稳定的生产工艺,大大减少了铸锭表面开裂。     

铝合金电磁连铸技术的基础研究

研究在冷坩埚式结晶器外施加中频电磁场对铝合金连续铸造铸锭表面品质的影响，通过测量结晶器内的磁场分布确定了铝合金电磁连铸的基本工艺参数；研究结果表明，采用在结晶器壁开缝的方法可以有效的提高结晶器内的磁感应强度；当本工艺开缝数在12－18年条件下，磁场分布基本均匀，施加中频电磁场可有效地消除偏析瘤，明显地改善连铸坯的表面品质。     

镁合金电磁铸造中搅拌频率的确定

通过镁合金电磁铸造过程模拟，分析了镁合金电磁铸造过程中电磁搅拌对熔体流动和温度分布的影响。结果表明，当镁合金电磁铸造的搅拌频率为10Hz时熔体温度场分布比较合理。     

AZ61镁合金软接触电磁连铸的研究

采用软接触电磁连铸法制备了AZ61镁合金铸锭，对其晶体结构、金相组织、力学性能及抗腐蚀性能进行了研究，并与金属模铸法制备的铸锭作了比较。实验发现：两种方法制备的铸锭相结构相同；软接触电磁连铸铸锭晶粒细小，第二相弥散分布，促使其力学性能有很大提高，常温抗拉强度和延伸率分别提高了约30％和27％，其断口形貌具有更多韧性断裂的特征；在3．5％NaCl溶液中的动电位极化测试表明，软接触电磁连铸可以使镁合金的自腐蚀电压升高，腐蚀电流密度降低，从而提高镁合金的耐腐蚀性能。     

高强韧铝合金半连铸凝固过程数值模拟及热裂纹形成机理研究

2024铝合金油气滑半连铸产品中出现的热裂纹问题严重影响了其工业化生产及综合性能。本文利用ProCAST铸造分析软件，基于移动边界法的宏观温度场模型，利用CAFE(cellular automata finite element)模块模拟铸锭微观组织对比实际晶粒尺寸，验证了模型可靠性；基于热弹塑性模型模拟了铸锭所受的主应力、等效应力以及切应力，分析了热裂纹的产生原因。对铸锭进行热裂纹敏感性判据HTI(hot tearing indicator)分析，结果表明，沿半径方向距离边缘约40 mm处裂纹倾向性最大且成环状，与实际铸锭中的裂纹位置和形状一致。基于第三强度理论，得到了φ254 mm的2024铝合金半连铸最佳工艺区间，铸造温度为685～695℃，铸造速度为59～62 mm/min。经验证，获得了表面质量良好，无裂纹的2024铝合金铸锭。     

Design and application of dynamic secondary cooling control based on real time heat transfer model for continuous casting

The control of secondary cooling is extremely important for the quality of billet in the continuous casting. In order to minimise the variation in surface temperature and excessive reheating of billet, which have a considerable influence on the formation of cracks and other defects, a real time heat transfer model that can be used for simulation of varying casting operations was developed. In order to verify the dynamic performance of this model, a charge coupled device temperature measurement system that can eliminate the impact of the scales was presented. The actual shell thickness profile and billet temperature were calculated in real time by this model online and were taken into account to feedback control the casting process based on the desired target cooling pattern to improve the existing cooling system. The dynamic control system based on this model was developed and implemented on some caster, and the billet quality was obviously improved.     

H型钢坯水冷金属型铸造充型凝固过程数值模拟

提出了处理水冷铸型边界条件的等效换热系数法，该法综合考虑了铸件与铸型问的辐射换热、间隙热阻及水冷铸型边界条件。获得了H型钢的充型流动过程及凝固过程的温叟场，并采用Xue判据预测了H型钢的缩松缺陷位置。为进一步改进H型钢水冷金属型铸造工艺提供了理论依据。     

异型坯连铸机Q235B生产实践及工艺

为给型钢提供优质的铸坯,减少腹板裂纹、中心疏松等质量缺陷发生,研究了Q235B生产过程中的工艺条件,掌握了铸坯腹板裂纹和中心疏松产生的机理。通过控制钢水成分和洁净度、优化结晶器冷却及二次冷却工艺、优化保护渣工艺及水口插入深度等措施,保证铸坯在凝固过程中实现冷却均匀,降低铸坯表面温降,有效杜绝了铸坯表面腹板裂纹的发生,铸坯中心疏松等级控制在1.0以下。     

连铸小方坯在步进冷床上的温降计算

探讨了小方坯在步进冷床下线的温降过程。理论推导了小方坯辐射散热的计算公式,并利用有限元软件对连铸小方坯冷却模型进行了数值模拟,对比分析了不同条件对铸坯温降的影响,结果表明铸坯温降过程主要由热辐射散热决定。通过考虑不同影响因素及实际生产条件的差异,得出了小方坯在步进冷床下线的温降时间估算公式,用于指导相关工程设计。     

82B小方坯凝固组织和偏析预测模型开发及应用

基于国内某厂82B小方坯连铸生产过程,使用ProCAST软件建立82B小方坯铸坯横断面宏观偏析模型,从温度场、坯壳厚度和凝固组织3个方面验证该模型的正确性,通过该模型研究连铸参数(拉速、比水量和过热度)对铸坯横断面宏观偏析的影响。模拟结果表明,82B连铸坯中心偏析随拉速和过热度的增加而增大,而比水量对中心偏析的影响较小。减轻铸坯中心偏析的关键在于控制铸坯拉速和过热度,因此为了保证铸坯中心碳偏析不高于1.10,应控制铸坯拉速低于2.64 m/min,过热度不高于10 ℃。     

A105连铸坯的高温塑性研究

通过合理取样方法和设计的高温变型实验方案,对A105钢连铸坯热变形过程中发生的变形及最终断裂全过程进行模拟实验,找出该钢种连铸坯在热变形过程中的3个脆性温度转变点,揭示该钢种连铸坯在3个脆性转变区域的热塑性规律以及发生断口后的形貌,对于合理确定连铸工艺冷却制度、拉矫温度等参数,降低裂纹缺陷发生概率有很好的指导意义。     

方坯连铸二次冷却计算机仿真通用软件的开发

连铸二冷计算机仿真是预测和分析工艺参数对浇注过程的影响规律以及优化连铸操作工艺参数的重要手段。根据方坯连铸机的结构特点,基于沿拉坯方向上移动的有限薄片层思想,建立方坯连铸凝固传热数学模型,应用面向对象的编程语言Visual Basic 6.0开发了方坯连铸二次冷却计算机仿真通用软件。该软件集连铸过程仿真计算、迭代反算二冷水量、水量公式回归、数据输入输出处理和图形处理于一体,使用方便,功能全面,在二冷技术研究、连铸生产和工程设计中具有应用前景。     

软接触电磁连铸方坯结晶器的传热分析

概述了钢的软接触电磁连铸技术的发展现状及存在的问题.根据实际生产中软接触电磁连铸的结晶器的设计参数,通过建立凝固传热过程的数学模型,分析了钢液在切缝式软接触结晶器内的凝固过程.计算了结晶器水孔内水的流速、坯壳厚度、坯壳外壁的温度.计算了钢液在结晶器内单位时间放出的总热量和平均热流,并对结晶器各壁温度进行了校验,使软接触电磁连铸结晶器满足实际生产要求.     

精冲钢连铸坯角部横裂纹产生原因及控制措施

为了研究精冲钢角部横裂纹形成原因并制定相应控制措施,通过数值模拟计算了二冷区连铸坯温度场分布,在此基础上采用Gleeble 3500热模拟机测定了试验钢种在连铸条件下的断面收缩率。使用金相显微镜、扫描电镜对角部横裂纹附近成分、微观组织以及钢中夹杂物进行观察分析。结果表明,连铸坯角部横裂纹形成是由于钢中大尺寸夹杂形成裂纹源,弯曲过程中连铸坯角部表面温度处于第Ⅲ脆性区710~765 ℃,裂纹进一步扩展形成角部横裂纹。针对裂纹产生原因提出延长软吹时间、控制过程温降、调整二冷水量等措施,有效降低连铸坯角部横裂纹产生概率。