锻造用钢锭凝固过程热应力场数值模拟

采用三维瞬态传热有限元方法,对13t锻造钢锭在凝固过程中的温度场和热应力场分布进行了数值计算及分析,探讨了钢锭在凝固过程中的应力分布规律.分析结果表明,在钢锭凝固初期,钢锭模内部承受压应力,外部承受托应力.由于凝固收缩,钢锭在凝固初期外表面受拉应力的作用.随着凝固的进行,锭模的热应力值不断下降.凝固结束时,钢锭呈表面受压心部受拉的应力分布状态.在凝固过程中,钢锭在反向圆弧处的收缩量最小,小倒角处的收缩量最大.本模拟可为优化钢锭模设计、提高钢锭质量提供依据.     

固态渣膜和锭尾圆角对钢锭缺陷的影响研究

基于锭尾圆角和固态渣膜两个变量对17CrNiMo6钢锭的组织缺陷进行研究。在两个变量交叉变化的情况下,解析钢锭组织缺陷在宏观和微观上的变化。所采用的研究方法包括:缺陷种类的统计学分析、成分分析、微观物相分析、数值模拟。研究表明:固态渣膜的存在会形成钢液的污染源,去除固态渣膜有利于提高钢锭质量。耐火材料的脱落会影响钢液的纯净度,控制好钢锭凝固速度和顺序,可以控制夹杂物的尺寸和数量。锭尾圆角有利于锭尾钢液从下至上的凝固和减少钢锭的组织缺陷;但固态渣膜的存在会让杂质无法充分上浮,从而形成皮下夹杂。     

冒口参数对17CrNiMo6钢锭质量及利用率的影响

钢锭利用率是冶金企业的重要经济技术指标之一。针对某钢厂6.8吨17Cr Ni Mo6钢锭利用率偏低问题,采用上小下大敞口锭模、悬挂绝热板、添加保护渣及调整冒口参数等工艺,以提高钢锭利用率。利用Pro CAST软件对不同冒容比参数下的热传递、冒口钢液收缩、冒口凝固过程、缩孔深度及冒口缺陷的变化规律进行了数值模拟,探讨不同绝热板厚度和冒口浇高对钢锭质量的影响。研究结果表明,在原浇注温度和浇注速度条件下,把绝热板厚度从50 mm增加到80 mm,冒口浇高从350 mm降低到320 mm时,冒口缩孔尖细的底部深度由216.61 mm缩短到61.76 mm,冒容比由12%降至9.56%,且不会影响锭身质量。     

模壁厚度对大钢锭传热及疏松缩孔影响的数值模拟

为研究模壁厚度对大型钢锭内部传热及疏松缩孔的影响,本文建立了三种不同厚度的锭模,并利用ProCAST软件对72 t钢锭进行了模拟。通过分析热流密度、凝固场和缩孔分布等模拟结果,发现模壁厚度对钢锭底部热流密度影响较小。增大壁厚,在凝固前期钢锭的中上部热流密度较大,凝固末期钢锭中部的热流密度略有减小。增大壁厚会减少钢锭上部疏松、减小冒口中缩孔体积,但钢锭中下部易产生疏松。壁厚对安全距离影响很小。     

锭重兼容式锭型设计对钢锭凝固质量影响的模拟

阐述了39~45t锭重兼容式锭型的设计思想,利用AnyCasting软件对其凝固过程及凝固质量进行了数值模拟研究。主要分析了搭配锭模垫圈致使锭型参数变化对钢锭凝固过程中温度场分布和凝固缺陷的影响。结果表明,39~45t锭重兼容式锭型允许的锭型参数变化不会明显改变钢锭凝固质量,其冒容比(14.52%)维持不变、细长比由1.437增至1.737、锥度由4.89%降低至4.01%,不会改变钢锭的凝固顺序。锭重的变化对钢锭中的C元素偏析分布的作用不明显;同时,随着锭重的增加,一次缩孔深度缩短,而缩松缺陷仍存在且位置下移。     

锭模斜度及浇注工艺对钢锭质量影响的数值模拟研究

采用THERCAST模拟软件,模拟35 t钢锭的浇注和凝固过程,分析钢锭内部缺陷形成的原因。模拟计算锭模斜度、浇注温度和浇注速度对缺陷分布的影响,得出材料为30Cr Ni Mo8的35 t钢锭最佳浇注工艺方案。     

控制大型电渣炉炉渣成分的探讨

<正> 大型钢锭的内部缺陷,如偏析、非金属夹杂物、气体、内部疏松等,随着其重量和尺寸的不断增大而愈加严重。这些缺陷都与钢锭的凝固方式有直接联系,因此,冶金工作者从六十年代末起就研究用电渣重熔的方法生产优质的大型锻件用钢锭。1980年联邦德国已生产了重达160t的电渣锭。     

55t大型锻造用钢锭疏松缺陷的模拟与试验研究

利用ProCAST有限元软件对55 t大型锻造用钢锭的凝固过程进行了数值模拟。分析了钢锭与锭模之间不同换热系数的冷却条件下,钢锭纵截面疏松缺陷的分布区域、形貌及疏松程度的演变规律。模拟分析得出,当钢锭与锭模之间的换热系数为1 200 w（/m2.k）时,钢锭内部的疏松缺陷面积最小,疏松程度最低。与试验结果进行对比,模拟结果与试验结果吻合较好。     

高铬不锈钢中裂纹的研究

在高铬不锈钢的生产中,影响质量最严重的是钢锭中的轴心裂纹和钢材中的髪纹。本文的研究结果指出,这两种缺陷属于同一来源,没有轴心裂纹的钢锭在锻成钢材后也没有髪纹。钢锭中轴心裂纹是在凝固过程中形成的,因而冷凝条件对它有影响。利用耐火材料做锭模可以得到内部坚实的钢锭,减小锭模模壁厚度,增大钢锭圆锥度或降低浇铸温度等只能减轻而不能完全消除裂纹。熔炼过程中的脱氧方法对钢中夹杂物的性质和形状分布有影响。改善脱氧方法并采用薄模浇铸,可以大大地减少轴心裂纹和髪纹,从而提高钢的收得率。我们认为夹杂物的性质、多寡及其形状分布可能对钢液的流动性和表面张力有影响;改善钢液的流动性或减小其表面张力可以促进钢液的充填性能,从而弥补凝固过程中由于冷凝收缩而产生的缺陷。在一定压力以下的真空中熔化和浇铸可以得到内部良好的钢锭。通过真空熔铸所得到的钢锭,其柱状晶区大小缩小,而柱状晶的缩小对避免钢锭中轴心裂纹有利。得到这种效果的原因可能是多方面的,真空有去气作用,在真空中钢锭的凝固散热与在一般情况下有所不同,真空作用使钢液的性质发生变化等等。虽然,上述几方面的理论基础还有待于进一步研究,但从目前实际效果来说,真空熔化和浇铸应该认为是提高不锈钢质量的一个重要发展方向。     

AN INVESTIGATION OF INTERNAL DEFECTS IN HIGH-CHROMIUM STAINLESS STEEL

在高铬不锈钢的生产中,影响质量最严重的是钢锭中的轴心裂纹和钢材中的髪纹。本文的研究结果指出,这两种缺陷属于同一来源,没有轴心裂纹的钢锭在锻成钢材后也没有髪纹。 钢锭中轴心裂纹是在凝固过程中形成的,因而冷凝条件对它有影响。利用耐火材料做锭模可以得到内部坚实的钢锭,减小锭模模壁厚度,增大钢锭圆锥度或降低浇铸温度等只能减轻而不能完全消除裂纹。 熔炼过程中的脱氧方法对钢中夹杂物的性质和形状分布有影响。改善脱氧方法并采用薄模浇铸,可以大大地减少轴心裂纹和髪纹,从而提高钢的收得率。我们认为夹杂物的性质、多寡及其形状分布可能对钢液的流动性和表面张力有影响;改善钢液的流动性或减小其表面张力可以促进钢液的充填性能,从而弥补凝固过程中由于冷凝收缩而产生的缺陷。 在一定压力以下的真空中熔化和浇铸可以得到内部良好的钢锭。通过真空熔铸所得到的钢锭,其柱状晶区大小缩小,而柱状晶的缩小对避免钢锭中轴心裂纹有利。得到这种效果的原因可能是多方面的,真空有去气作用,在真空中钢锭的凝固散热与在一般情况下有所不同,真空作用使钢液的性质发生变化等等。虽然,上述几方面的理论基础还有待于进一步研究,但从目前实际效果来说,真空熔化和浇铸应该认为是提高不     

锻造用钢锭凝固过程温度场数值模拟

采用三维瞬态传热有限元方法,对13 t锻造钢锭和钢锭模在凝固过程中的温度场分布进行了数值计算及分析,探讨了钢锭内部凝固速度变化和钢锭模在凝固过程中的温度分布规律。分析结果表明,钢锭本体距离底部60%-70%的部位纵向凝固速度受横向凝固速度的影响而大大加速;凝固开始阶段,钢锭模内壁温升速度远大于模外壁,随后外壁温升速度迅速增大,随着钢锭凝固的进行,壁内外温差逐渐减小。本模拟可为优化钢锭模设计、提高钢锭质量提供依据。     

700 t级锭型冶金辅具设计的探讨

从钢锭模的形状、高径比、钢锭模锥度、保温帽、底盘的选择等几个方面探讨了700 t级锭型冶金辅具的设计方法,讨论了如何选用合理的设计参数来保证超大型钢锭的内部质量、提高钢锭模的使用寿命并降低钢锭模的损耗。     

大型支承辊非金属夹杂物运动轨迹有限元分析

针对大型锻造支承辊轴颈密集夹杂性缺陷产生原因开展理化检验和数值模拟分析,采用锻造过程有限元数值模拟中的节点反向跟踪技术,确定支承辊夹杂物缺陷在钢锭中的初始位置。研究结果表明,大型支承辊轴颈密集夹杂性缺陷为硅酸盐和氧化铝的复合型夹渣,来源为距钢锭底面450 mm、距钢锭外表面70 mm的196 mm×150 mm矩形区域内。     

大型钢锭表面夹杂物分布模拟研究

采用基于热焓-多孔介质法、湍流模型、动量和质量守恒方程建立了36 t大型钢锭锭模内钢液流动、传热和凝固的数学模型。采用Lagrange方法通过跟踪单个夹杂物在钢液中的运动,探明表面夹杂物在大型钢锭中的规律性分布,讨论了不同冒口保温条件对夹杂物的去除效果。结果表明,凝固早期,钢液流动强烈,夹杂物容易被先凝固的固相区域捕捉。随着凝固过程的进行,钢液流动减弱,夹杂物以上浮运动为主。加强冒口处保温可大大提高夹杂物的去除率。     

渣高对GH4169合金电渣重熔凝固过程参数影响的数值模拟研究

借助模拟软件MeltFlow,模拟了GH4169合金电渣重熔凝固过程参数的变化,分析了渣高变化对凝固过程参数的影响。模拟结果表明:凝固过程参数随渣高的增大呈"W"状,凝固过程参数沿重熔锭中心至边缘随冷却速度增大逐渐减小;渣高为160 mm时凝固过程参数最佳;局部凝固时间、二次枝晶间距、Rayleigh数变化趋势一致,在判断凝固组织优劣方面是等同的;计算模拟结果与实验结果吻合良好,能够预测不同工艺条件下缺陷的产生及程度,能够设计和优化现有的工艺并改进钢锭质量。     

薄板坯连铸及其铸坯表面缺陷的形成机理

薄板坯连铸连轧技术已成为了钢铁冶金技术发展的主要趋势之一,但薄板坯连铸具有拉速高、凝固速度快、铸坯宽厚比大等特点,使得铸坯容易出现表面夹渣、表面裂纹等缺陷,而这些铸坯表面缺陷问题的产生与结晶器流场、温度和热流分布有直接的联系。因此,对薄板坯连铸结晶器内高温动态行为进行系统地概述,并在此基础上分析了铸坯表面缺陷的形成机理。研究表明,薄板坯连铸结晶器内钢液流动更加紊乱、涡流速度更快,这不利于夹杂物的上浮,且容易导致卷渣的发生,增大铸坯表面夹渣缺陷产生的可能。此外,在钢液湍流和涡流的作用下,铸坯内温度分布不均,加上在高拉速下结晶器内热流更大,这使得铸坯表面更易产生裂纹缺陷。     

50t～100t真空浇注钢锭模的设计

介绍了50 t~100 t真空锭模设计参数的选取、设计计算方法。我们将此系列钢锭的高径比设定在1.3~1.45,钢锭锥度设定为3.5%。这样的设计使得锭身重量占钢锭总重量的77%~80%,帽口重量占钢锭重量的17%~20%,锭尾重量占钢锭重量的3%。该系列钢锭模提高了钢锭的利用率并有效促进夹杂物的上浮,减少了二次缩孔出现的几率,保证了钢锭的质量。     

锻造用锭模效率的热控制和冶金控制

意大利Soe Terni公司的工作人员认为控制钢锭的凝固过程是显著改善化学和物理性能均匀性、屈服点及减少钢锭废品的方法。该公司使用数学模型按操作程序模拟凝固的过程以决定钢锭的几何形状和操作程序。为了达到产量和质量的要求,他们建议采取的措施有,用轻型圆柱形热顶辅以绝缘衬垫,锭模的斜度小于1.3,使顶部的比重大于锭体的23％,以减少浇注所需的时间,使用较高的浇注温度等。     

大钢锭凝固过程的数值模拟研究

运用大型商业软件MARC的有限元分析法,对85 t S34MnV大型钢锭凝固过程的温度场分布进行了数值模拟计算分析,基于模拟结果进行了工业试验.模拟结果表明,钢锭的凝固趋势在轴向上由钢锭底部向钢锭顶部逐步推进,径向上由四周向中心慢慢延伸.通过对不同浇注温度下的钢锭凝固过程进行数值模拟,得出适当提高钢锭的浇注温度可以延长凝固时间,这有利于夹杂物的上浮.工业试验结果表明,提高钢锭模初始温度50℃后,冒口夹杂物总量与钢锭底部夹杂物总量的比值提高了约0.63％,验证了模拟结果.     

细长电极锭凝固缺陷的模拟

以高径比为9的细长电极锭为研究对象,利用AnyCasting软件对该锭凝固过程进行数值模拟,并依据Niyama判据,对凝固缺陷的产生进行预测,分析冒容比、发热剂发热时间、浇注温度和浇注速度等工艺参数对凝固缺陷的影响。模拟结果表明,利用AnyCasting模拟出细长电极锭的凝固缺陷主要分布在冒口顶部和电极锭心部,和实际凝固过程中产生缺陷部位基本一致;冒容比为10%,发热剂发热60min,浇注温度为1 560℃和浇注速度为0.65m/s时,可有效改善电极锭的缺陷,得到品质合格的电极锭。