基于Kiss点位置的双辊薄带铸轧熔池界面换热模型

针对双辊薄带铸轧工艺熔池界面换热规律问题,基于铸轧浇铸工艺的特点以Kiss点为界将熔池接触区分为软接触区和刚性接触区两部分,建立新的界面换热模型;通过6061铝合金界面换热实验,以及Procast软件的反向求解模块Inverse推导得出铸轧界面换热系数和热流密度随时间的变化规律,并利用铸轧实验验证了模型的精确度。结果表明,熔池区界面换热分布规律与铸轧速度、浇铸温度、Kiss点位置、材料的热物性参数及辊面粗糙度等因素均有关。

复合铸轧工艺参数对Kiss点的耦合影响

为了获得高质量的层状金属复合材料,依据双辊薄带复合铸轧技术,探究工艺参数间的耦合作用对复合铸轧的影响。采用有限元软件构建了铜和铝的固-液复合铸轧仿真模型,基于该模型,研究了铝板出口厚度、轧制速度、熔池高度、铜带厚度和浇注温度对Kiss点高度的影响,并对正交试验得到的Kiss点高度进行极差分析,得到了铝板出口厚度、轧制速度和铜带厚度3个强耦合参数,给出了这3个参数两两耦合下耦合强度的变化规律。铝板出口厚度和铜带厚度、铜带厚度和轧制速度对Kiss点高度的耦合影响随参数值的增大其效果逐渐减弱,铝板出口厚度和轧制速度对Kiss点高度的耦合影响随参数值的增大其效果逐渐增强。同时,利用复合铸轧熔池物理场的变化,分析了产生耦合的原因。

双辊薄带铸轧斜向裂纹形成机理

基于双辊薄带铸轧熔池的三维空间场和裂纹试验,分析了双辊铸轧薄带斜向裂纹的形成机理,并建立了数学模型和进行轧制试验验证。由于熔池的热物理场不稳定性,导致Kiss点位置的高度不一致,当铸轧凝固的带坯经过辊缝轧制区时,产生了非协调变形,尤其是在压下量较大的区域周围,会出现材料堆积现象,造成剪切力的增加。这种单向的持续滑移现象导致该区域内应力集中,当超过材料的固有塑性极限时,就会在滑移带上出现周期性分布或完全贯穿状的斜向裂纹。为此提出抑制双辊薄带铸轧斜向裂纹的解决方案,并通过试验验证方案可行性。结果显示:控制熔池热物理场均匀稳定是抑制裂纹产生的关键。

双辊薄带铸轧中心线偏析机理与实验研究

以薄带铸轧中心线偏析问题为研究对象,从宏观和微观角度分析铸轧薄带芯部偏析的成因与机理,建立完全耦合溶质场、流场、温度场的数学模型。通过数学模型对铸轧铝合金熔池中的Fe、Mn元素分布进行研究。结果表明:理论研究与实验结果基本吻合。熔池区凝固组织以柱状晶形式沿?001?方向迅速生长,同时溶质成分逐渐偏聚于熔池芯部区域,并在Kiss点区域达到最大值。其中Fe元素在Kiss点区域的含量明显高于其他区域的,完全凝固后易产生中心线偏析。随着铸轧速度的提高,辊缝宽度增大,中心线偏析趋势增强。

双辊薄带铸轧过程钢液过热度控制研究

钢液过热度是薄带铸轧工艺过程中的一个重要参数,它不仅影响钢液的流动性能,还影响凝壳厚度和Kiss点高度,使铸轧力发生变化,从而影响铸带的整体性能。利用有限元和实验相结合的方法确定了在浇注不锈钢时,过热度对熔池内钢液的温度场、速度场分布的影响,确定出了在指定工况下的最佳过热度范围。

铸轧高磷钢薄带表面磷富集层形成的探讨

为了更好地利用铸轧薄带表面溶质富集层,对高磷钢薄带表面磷富集层的成因进行了初步的分析和研究.实验结果表明,通过控制工艺参数,磷含量较高的铸轧薄带表面附近将有一个磷富集层出现,但在相同条件下磷含量较低的铸轧薄带中磷的分布基本均匀.通过理论分析得出,铸轧力驱使枝晶间富磷的液相回流到薄带表面附近,导致了磷富集层在铸轧薄带中的产生;表面磷富集层形成的前提条件是当源于铸轧辊表面的两凝固层相遇时Kiss点位于辊缝之上,且其下方附近区域横截面上的温度均处于液固线之间.

双辊薄带振动铸轧机理及其仿真实验

针对双辊薄带铸轧过程存在的产品质量问题进行研究,设计制造了一套160mm×150mm振动式铸轧机。研究了振动对结晶形核及其铸态组织的影响,对比分析了振动与非振动条件下凝固区铸态组织分布及其生长规律。指出提高振动频率能够有效促进晶粒细化。同时,按工业化实验要求,利用CFD软件建立了熔池的三维流场-温度场耦合有限元仿真模型,仿真结果表明,增大振频和振幅均能强化铸轧熔池场的"搅拌"效果,进而促进晶粒细化、抑制偏析。通过仿真还发现,铸轧过程中,凝固点位置(即Kiss点高度)沿板宽方向分布不均所导致的纵向不均匀延伸,是诱发铸轧斜向裂纹的直接因素,并且Kiss点位置会随振频和振幅的增大而上移。

全因子试验方法在薄带连续铸轧中的应用

为了探究薄带连续铸轧工艺的参数与Kiss点高度的关系方程,采用全因子试验方法与有限元数值模拟建立计算Kiss点高度的数学模型。从模型回归项的F值、P值、决定系数及残差分析等方面进行了显著性分析,得出的响应面模型具有显著性,能够较好地拟合试验数据。对拟合的试验数据进行三维响应面分析,并系统地研究了浇注速度、浇注温度和辊缝宽度对于熔池内Kiss点高度的影响。结果表明,通过全因子试验方法所得结果建立的数学模型具有真实性和可靠性。利用该数学模型得到结晶辊Kiss点高度沿轴向的变化规律,通过分析发现,由于辊形的变化,结晶辊中部和端部的Kiss点高度较其它位置偏高。

工艺参数对双辊薄带铸轧中心层偏析影响

双辊薄带铸轧过程中工艺参数对中心层偏析有重大影响,针对双辊薄带铸轧机的特点,利用多相流技术建立完全耦合溶质场、流场、温度场的数学模型,对铸轧熔池中液相-液固两相-固相同时存在的复杂凝固过程进行模拟仿真,研究分析铸轧熔池中Mg、Si元素溶质场与流场分布特征,对比研究不同工艺参数(浇铸温度、辊缝宽度)对铸轧薄带中心层偏析的影响规律,并结合铝合金6061的铸轧实验对结论进行验证。

铸轧薄带的边部斜裂纹形成机理

为了控制铸轧薄带产品质量,降低铸轧工艺本征裂纹导致的断带风险,针对铸轧薄带的边部斜裂纹展开研究,提出边部斜裂纹形成的直接原因为侧封与熔池间的换热使熔池边部的Kiss点高度局部提升。该处薄带进入铸轧塑性变形阶段的初始厚度局部增大,由此引发的斜向剪应力导致了边部斜裂纹的产生。建立了熔池的热-流耦合数值仿真模型,分析了Kiss点高度沿铸轧辊宽度方向上的分布规律,结果显示熔池边部的Kiss点高度高于熔池中心。建立了热-力耦合数值仿真模型,分析了变厚度薄带热轧时其塑性变形区内的应力分布状况,结果显示斜向剪应力集中分布于后滑区边部,其方向与后滑区金属的流动方向一致。仿真结果验证了所提出的边部斜裂纹形成机理的合理性。