液穴形状及铸锭表面质量随磁场强度的变化规律

CREM法半连铸7075铝合金过程中,对不同强度低频交变电磁场作用下,液穴形状,即熔体弯液面形状、熔体与结晶器接触高度、初凝壳形成位置点以及液穴深度的变化规律进行了实验研究·结果表明,随着磁场强度的增大,弯液面曲率半径及熔体与结晶器接触高度减小、初凝壳形成位置点降低、液穴深度也随之相应减小,铸锭表面质量明显提高     

电磁半连铸液穴形状随磁场强度的变化规律

对不同强度低频交变电磁场作用下,CREM法半连铸7075铝合金过程中的液穴,即熔体弯液面形状、熔体与结晶器接触高度、初凝壳形成位置点,以及液穴深度的变化规律进行了实验研究·结果表明:随着磁场强度的增大,弯液面曲率半径及熔体与结晶器接触高度减小、初凝壳形成位置点降低、液穴深度也随之相应减小     

低频电磁场对传统热顶铸造6063铝合金凝固过程的影响

在传统热顶铸造过程中施加低频电磁场,使用热电偶测量了稳定铸造阶段从铸锭中心到边部不同位置的冷却过程,得到了铸锭内部的温度分布,分析了低频电磁场对传统热顶铸造6063铝合金凝固过程、宏观组织和表面偏析层厚度的影响.实验表明:低频电磁场使铝熔体产生的强制对流使熔池内的温度分布更加均匀,促进了铝熔体过热的散失,使熔池内的温度低于6063铝合金的液相线温度,提高了熔池内部形核质点的数量,在没有添加细化剂条件下使铸锭宏观组织均匀细小,降低了液穴深度.铝熔体流动速度的加快能增强石墨环与铝熔体之间的换热,使结晶器内铸锭表面初始凝壳点位置上移,减小了铝熔体与结晶器的有效接触高度,提高了铸锭的表面质量.     

结晶器振动对连铸坯初始裂纹形成影响

简要分析了振动结晶器内弯月面坯壳受力研究现状,归纳了坯壳初始裂纹的形成原因.在此基础上提出描述伴随结晶器振动的弯月面坯壳受力模型,阐述振动周期内初凝坯壳力学状态.分析表明,振动特定时段内,结晶器振动引起施加于弯月面处初凝坯壳上的机械应力为148.4 k Pa,而该温度下坯壳高温临界断裂强度仅为119.1 k Pa,结晶器振动产生的机械应力超过临界断裂强度时极易引发初始裂纹的形成.当结晶器振动速度大于1.61 m·min~(-1)时弯月面处坯壳初始裂纹开始形成,且产生于钢水自由液面以下2.15~5.4 mm位置范围.     

宽厚板坯连铸结晶器流场、温度场及应力场的耦合数值模拟

利用ProCAST软件对2400 mm×400 mm宽厚板坯结晶器建立三维动态模型,采用移动边界法实现结晶器内流场、温度场及应力场的耦合模拟.结果表明：考虑凝固坯壳的影响,下回流区位置向铸坯中心靠拢,真实反映了钢液在连铸结晶器内的流动情况.自由液面的钢液从窄面流向水口,速度先增大后减小,距水口约0.7 m处,出现最大表面流速,约为0.21 m· s-1.结晶器出口坯壳窄面中心厚度最小且由中心向两侧逐渐增大,最小厚度约为10.4 mm;受流股冲击影响较弱的宽面坯壳与窄面相比生长更均匀,宽面偏角部和中心的坯壳厚度分别为18.9 mm和27.6 mm.铸坯坯壳应力变化趋势与温度基本保持一致,表明初凝坯壳应力主要是热应力.结晶器内铸坯宽窄面上的等效应力均沿着结晶器高度下降方向呈增大趋势,铸坯角部、宽面中心及窄面中心位置的最大应力各约为200、100和25 MPa.     

低频电磁热顶铸造7050铝合金的表面质量和组织

在传统热顶铸造基础上,开发了一种新的热顶铸造结晶器,并在铸造过程中施加了低频电磁场,得出了稳定铸造φ500 mm 7050高强铝合金铸锭的工艺条件;当电磁场频率为15 Hz、磁场强度为10000 At时,铸造出了表面光滑的铸锭.采用偏光显微镜(Leica DMI)观察试样,分析试样的微观组织.实验结果表明:铸造过程中施加低频电磁场能提高铸锭的表面质量,细化铸锭的内部组织,以及抑制铸锭内部裂纹的产生.总结了低频电磁铸造改善表面质量和细化组织的原因以及低频电磁场对液穴形状的影响.     

铝合金大铸锭超声半连铸多场耦合的数值模拟与实验研究

建立了超声场下直径630 mm的铝合金大铸锭热顶半连铸过程中多场耦合的数学模型,采用有限体积法及自定义函数获得超声作用下结晶器内声场、流场和温度场的分布,并进行工业化实验研究。综合工业实验和仿真结果分析超声对热顶半连铸铝合金大铸锭细晶的机理。模拟结果表明,超声波对宏观物理场的影响非常明显,施加超声后,辐射杆端面下方形成向上的回流区,强烈的紊流促进铝熔体的传质传热,减小液穴深度,使液穴更加平缓,同时初始凝壳点下移,过渡带变窄,铸锭中心处过渡带宽度从342 mm减小到120 mm左右。分析实验结果发现,经超声处理,铸锭组织普遍变得细小、均匀,平均晶粒尺寸减小103μm,最大最小晶粒尺寸差从135μm减小到64μm,且凝固组织晶界变细。     

铸造工艺参数对7075/6009铸锭外层合金厚度的影响

采用双流浇注半连续铸造技术制备了7075/6009梯度复合铝合金铸锭,分析了内、外熔体温度、铸造速度、节流片孔径大小、内导管插入深度等工艺参数对铸锭外层厚度的影响,结果表明：内熔体温度的升高、内导管插入深度的增加及节流片孔径的增大都将显著减小铸锭外层厚度,当内熔体温度从680 ℃升高到780 ℃,内导管插入深度从0 mm增大到15 mm,节流孔径从1.6 mm增大到1.8 mm时,7075/6009复合铸锭的外层合金厚度分别可减小38.8 %、30 %和42.2 %;而外熔体温度的升高及铸造速度的增大对减薄铸锭外层厚度不明显;同时探讨了铸造工艺参数对凝固液穴形成和铸锭外层厚度的影响机制。     

低频电磁场对过共晶铝硅合金组织的影响

采用低频电磁半连续铸造技术制备Al-19.2%Si合金铸锭,利用电子光学显微镜对铸锭的显微组织进行分析比较,研究了电磁场强度和频率对初生硅颗粒形貌的影响;利用测温技术对合金的凝固过程进行监测,研究低频电磁场对凝固前沿温度场的影响.实验结果表明:与普通DC铸造相比,采用低频电磁半连续铸造可以明显改变液穴中熔体的温度场,使其温度显著下降,温度分布均匀,液穴降低,初生硅颗粒得到有效细化;改变外加电磁场条件,随着电磁场强度的增加,初生硅颗粒细化;随着电磁场频率的增加初生硅颗粒逐渐变大.在本实验条件下,外加电磁场条件为15 Hz,12000At时,初生硅颗粒最为细小.     

铝合金半连续铸造过程中的液穴温度分布

针对生产一线对于铸锭质量控制和优化生产工艺的需求,在工厂实际生产平台上通过实验方法,测量了热顶立式半连续铸造圆铸锭液穴内部和凝固部分各个不同位置的温度,并通过插值方法得到了整体的温度分布,分析了糊状区的分布特点。结果表明热帽对保持铝液的温度起着明显的作用,结晶器一次冷却区的冷却速度不大,铸锭在凝固过程中散热主要通过二次冷却区冷却水的激冷作用实现。该文结果为工艺参数的优化提供了参考。     

激冷型界面气隙的研究

用方形水冷铜型和铸铁型测试铸件－铸型界面气隙形成的时间；研究铝液压头高度Ｈ和铸型形状及表面粗糙度对气隙形成的影响。形成气隙需要的时间和坯壳厚度随 Ｈ的增加而增加；在铸铁型中，当 Ｈ＞２００ｍｍ时，二者随 Ｈ变化不大。在方形水冷铜型中，由于气隙的作用，坯壳表面角部和中部的温差由负到正，最后又变为负值；角部附近和中部的壳厚比也从大到小，然后又变大。铸型内表面的粗糙度影响形成气隙的时间，但不影响形成气隙时的壳厚。     

考虑气隙的电磁连铸圆坯传热凝固数值模拟

通过双向迭代耦合的方法,建立了电磁连铸结晶器区域内的传热凝固有限元分析模型.通过对凝固坯壳与结晶器接触状态的数学描述,来模拟软接触结晶器内的热和力学状态,研究了高频交变电磁场对气隙分布及铸坯温度场的作用规律.结果表明,采用双向迭代耦合的方法,可更准确地描述电磁软接触连铸结晶器内的热-力学行为;高频交变磁场下,钢液的初始凝固点位置较常规连铸下移,初始凝固壳减薄,气隙生长延迟;在结晶器下段,由于电磁力的搅拌作用凝壳厚度又有所增加,气隙量大于常规连铸.     

方坯连铸机结晶器凝固传热的数学模型

研究和开发了方坯连铸机结晶器非稳态凝固传热的数学模型,预测铸坯温度分布和凝固状态,模型考虑了凝固时结晶器气隙的存在,使得传热不均匀,同时,采用等效比热法处理了凝固前沿产生的结晶潜热·以生产厂方坯为研究对象,得出了温度分布规律、凝固坯壳生成规律,分析了拉速对铸坯温度和坯壳厚度的影响·结果表明,经模型计算得出的温度、坯壳厚度值与现场测定的温度、拉漏数据基本相符·     

沟槽内壁结晶器坯壳初期凝固过程模拟研究

以锡液水冷铜板浸渍实验模拟钢连铸过程 ,研究结晶器内壁划分沟槽对坯壳初期凝固过程的影响 .结果表明 ,沟槽内壁结晶器可改善铸坯传热效果和初期凝固坯壳不均匀程度 ,减少铸坯表面纵裂纹的产生     

薄板坯连铸结晶器内凝固坯壳三维有限元分析

用已获得的薄板坯连铸结晶器内凝固坯壳的几何形状和温度场，建立凝固壳三维热弹塑性接触有限元分析模型。得到两种拉速下ＩＳＰ和ＣＳＰ型结晶器内凝固壳的应力和变形分布，以及凝固壳与结晶器壁间的气隙分布，给出了成指数在坯壳中的变化曲线。     

铜单晶铸过程中固液界面位置和形状的数值分析

为了准确地控制工艺参数,获得表面光洁、高质量的连铸铜单晶,采用数值分析方法研究铜单晶连铸时固液界面的位置和形状.发现铸型温度(TM)、连铸速度(v)、冷却位置(L)和熔体温度(TL)影响固液界面的位置和形状,并且铜单晶连铸时固液界面向熔体呈凸出形状.当固液界面位于铸型内距出口端2～3mm时,可获得表面光洁、晶体取向度小于10°的连铸铜单晶.为了获得高质量的单晶,固-液界面面必须平滑,甚至是平界面.计算结果与实验结果吻合很好,可用数值分析方法确定连铸铜单晶的工艺参数,为铜单晶连铸提供理论依据.     

电磁场作用中近液相线铸造ZL201合金的组织及其机理

以ZL201合金为研究对象,采用降低浇铸温度同时施加电磁场的模铸工艺,研究了ZL201合金的凝固组织及组织细化机理.结果表明:在液相线温度附近施加电磁场,合金组织为均匀、细小非枝晶组织;随着电流增大和冷却增强,组织细小、均匀的趋势增强;低过热度浇铸时,临界晶核半径减小,此时在电磁场作用下,熔体的温度梯度降低,促进了准固相原子团簇在熔体中的形成,形核率增大,组织细小、均匀.凝固初期,由于电磁场作用使溶质分布均匀,熔体中晶核向各方向的长大速率趋于一致,晶粒以近球形长大.     

连铸保护渣渣膜润滑的研究现状

连铸中，特别是高速连铸条件下，渗入结晶器与凝固坯壳之间的保护渣渣膜的润滑状态对连铸过程有着重要的影响，本文介绍了国内外对渣膜润滑的主要研究成果。