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.     

双辊铸轧过程中水口对熔池内温度场和流场的影响

双辊铸轧过程中,熔池内金属的流动状态及温度分布直接影响着铸轧过程的稳定性及铸带产品的质量.对双辊铸轧不锈钢过程进行了流热耦合三维有限元分析,主要对浸入式水口出口角度及水口浸入深度对熔池内流场和温度场的影响规律进行研究.研究发现,当水口出口角度大于15°时,熔池内出现双漩涡现象,双漩涡的存在不但改变了熔池内金属流动和溶质分布规律,而且对熔池内的温度场产生影响,使熔池表面温度差异减小,有利于提高铸带表面质量.水口浸入深度增加,熔池表面温度降低;浸入深度过浅,熔池表面温度差异增大,对带钢的表面质量不利,模拟研究结果为合理的水口设计提供了理论依据.     

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。     

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。     

双辊铸轧过程中水口对熔池内温度场和流场的影响

双辊铸轧过程中,熔池内金属的流动状态及温度分布直接影响着铸轧过程的稳定性及铸带产品的质量.对双辊铸轧不锈钢过程进行了流热耦合三维有限元分析,主要对浸入式水口出口角度及水口浸入深度对熔池内流场和温度场的影响规律进行研究.研究发现,当水口出口角度大于15°时,熔池内出现双漩涡现象,双漩涡的存在不但改变了熔池内金属流动和溶质分布规律,而且对熔池内的温度场产生影响,使熔池表面温度差异减小,有利于提高铸带表面质量.水口浸入深度增加,熔池表面温度降低;浸入深度过浅,熔池表面温度差异增大,对带钢的表面质量不利,模拟研究结果为合理的水口设计提供了理论依据.     

双辊铸轧高速钢薄带的晶粒细化

主要介绍了W9Mo3Cr4V高速钢在双辊铸轧过程中的晶粒细化。薄带钢在铸轧过程中的冷却时间仅为0．2—0．3s，冷却速度很快，冷却速度已达到100—1000℃／s，因此，在快速凝固的过程中，液体金属获得了较大的过冷度，晶核的临界半径随过冷度的增加而减小，晶粒必然细化。另外，过冷度增大，晶核形核功减小,形核几率增大，也使晶粒细化。     

双辊铸轧不锈钢薄带开裂机制分析

采用金相显微镜和扫描电子显微镜(SEM)对双辊铸轧304不锈钢薄带裂纹及组织特征进行了观察,并结合能谱仪(EDS)对微区成分和夹杂物进行了分析。结果表明,铸轧薄带上的裂纹在薄带表面凹痕处产生,并沿柱状晶晶界向内部扩展,终止于柱状晶与心部等轴晶交界处;在柱状晶区内存大量缩孔和夹杂,在铸轧机械应力和热应力的共同作用下,破坏了材料的连续性;铸轧裂纹断面存在氧化现象,说明铸轧裂纹在铸轧凝固的高温阶段生成。     

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。     

双辊薄带铸轧工艺的进展

双辊薄带铸轧技术很可能在近期取得突破性进展、本文主要介绍了以美国纽柯Nucor C项目和澳大利亚BHP与日本IHI合作开发的M项目等为代表的双辊薄带铸轧技术最近的进展情况，并对一些关键技术进行了分析和讨论．     

薄带铸轧过程中微观偏析的模拟

针对薄带铸轧过程冷却速率大的特点,采用微观偏析模型对碳钢在薄带铸轧过程中溶质元素的微观偏析进行了模拟,通过模拟给出了铸轧凝固过程中固相率随温度的变化规律,固相率仅在很窄的温度范围内迅速增加·同时给出了冷却速率对溶质元素偏析的影响规律,随冷却速率的增加,溶质元素晶间偏析增大,而晶内偏析较小·在此基础上给出了碳钢薄带双辊铸轧过程中凝固终了温度值,为确定铸带凝固终了点的位置及铸轧过程的稳定性提供了有效的数据,为铸轧薄带的质量分析提供了理论依据·     

双辊薄带凝固组织中晶粒三维尺寸的表征

双辊薄带凝固组织中柱状晶粒和等轴晶粒的尺寸大小对薄带的性能和行为有非常重要的影响,在薄带铸造过程中由于晶粒的生长具有三维特征,采用传统表征方法无法实现对薄带凝固组织中晶粒三维尺寸大小的表征,本文运用定量金相和概率论知识,在对晶粒形状作出合理假设的基础上,建立了双辊薄带凝固组织中柱状晶粒和等轴晶粒三维尺寸的表征表达式,实现了柱状晶粒等轴晶粒三维生长特征的定量描述。     

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.     

双辊连铸薄带凝固组织仿真模拟的微观模型

在研究双辊薄带连铸工艺凝固过程的基础上,运用金属凝固的基本原理并用现代计算机仿真技术建立了双辊连铸薄带凝固的形核、枝晶尖端的生长动力学、柱状晶向等轴晶生长的转变（CET）的解析模型及仿真模型,为双辊连铸薄带凝固组织形式的仿真模拟奠定了基础。     

通过枝晶间距反求薄带连铸界面的热流

根据导热微分方程,推导出了在二次枝晶间距基础上计算双辊薄带连铸界面传热热流的数学解析式,并以1Cr18Ni9Ti不锈钢作为研究对象,进行了数值计算.数值计算结果表明,随着凝固时间的增加,界面热流密度呈下降趋势;在弯月面附近热流密度下降速度很快,越靠近Kiss点,热流密度下降速度越慢;薄带连铸界面热流密度的计算数值与文献所报道的实验数据在同一个数量级上.此外,进一步的计算还表明,双辊薄带连铸属于亚快速凝固过程,这与实际情况是一致的.     

双辊式带钢铸轧过程工艺稳定性研究

采用有限差分法对双辊式带钢铸轧过程进行了三维数值模拟,分析了铸轧速度和浇铸温度对铸坯凝固过程的影响,得出了铸轧速度、铸轧辊径和带厚之间的关系以及适宜的浇铸温度,从而为带钢的稳定生产和控制带钢铸轧过程打下理论基础。     

连铸结晶器中钢液三维紊流流动的数值模拟

针对连铸结晶器中钢液的紊流流动特点，建立了有限元求解这一限定空间射流的三维紊流时均场的方法，用水模拟试验结果验证了文中所用模型和计算方法的可靠性，且对实际工况条件下的板坯连铸结晶器中的三维紊流流动进行了模拟计算．其方法可用于分析各种结晶器液池中的流动特征，并为凝固壳厚度的模拟计算和板坯质量控制奠定了基础．此外，指出了前人计算中在边界条件上的不合理性     

双辊铸轧奥氏体不锈薄带显微组织分析

对在异径双辊铸轧机上进行铸轧实验所得不锈钢薄带进行了显微组织分析·结果表明,铸轧不锈钢薄带的组织与常规铸造相比有很大不同,晶粒组织得到显著细化,组织形态和分布均有异于常规铸造组织·但是从其组织分布特征及奥氏体和铁素体的质量分数来看,铸轧薄带的组织与焊缝中的铸态组织相比有极大的相似性,这是由于其熔池的热力学特点的相似性决定的,因而可以用分析焊缝中组织特征的一些方法来分析铸轧薄带的组织特征     

垂直连铸凝固过程的数值模拟研究

采用基于Eulerian-Eulerian方法和合金凝固理论的液相-柱状晶-等轴晶三相凝固模型,对立式连铸工艺中结晶器内的凝固过程进行了研究.对比焓-多孔介质凝固模型,除热溶质浮升力导致的熔体流动,该三相凝固模型还考虑了柱状晶组织的生长、等轴晶组织的形成和演变以及游离等轴晶粒的沉浮,揭示了等轴晶沉降漂移作用对宏观溶质传输及凝固组织分布的影响.模拟结果显示铸坯中心处由等轴晶粒沉积形成的富等轴晶区存在溶质负偏析,紧邻该负偏析区域存在带状偏析区域.随着钢液过热度增加,等轴晶分布减少,中心处宏观偏析加重.