《連鑄有關(guān)計(jì)算》課件

連鑄有關(guān)計(jì)算連鑄是一種持續(xù)性熔融金屬生產(chǎn)工藝,需要復(fù)雜的熱量和動(dòng)量平衡計(jì)算,以確保金屬產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。本節(jié)將深入探討連鑄過(guò)程中的關(guān)鍵計(jì)算方法。M課程目標(biāo)1掌握連鑄過(guò)程的基本概念和原理了解連鑄設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理，學(xué)習(xí)連鑄過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)。2深入理解連鑄過(guò)程的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析鑄池內(nèi)部的溫度場(chǎng)分布和應(yīng)力狀態(tài)，掌握凝固過(guò)程的規(guī)律。3學(xué)習(xí)連鑄工藝的優(yōu)化技術(shù)掌握如何利用先進(jìn)的測(cè)量和控制手段改善連鑄產(chǎn)品質(zhì)量。4分析連鑄缺陷的形成機(jī)理學(xué)習(xí)預(yù)防和消除連鑄過(guò)程中常見(jiàn)缺陷的有效措施。連鑄過(guò)程概述1連鑄設(shè)備包括鑄型、冷卻系統(tǒng)、中間包、澆注系統(tǒng)等核心設(shè)備2連鑄工藝流程包括澆鑄、凝固、硬殼支撐、主軋等關(guān)鍵階段3連鑄質(zhì)量控制關(guān)注溫度、應(yīng)力、成形質(zhì)量等關(guān)鍵參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)控連續(xù)鑄造是一種重要的鋼鐵生產(chǎn)工藝,通過(guò)在特殊鑄型中連續(xù)澆注和凝固鋼水,可以生產(chǎn)出具有均勻組織和良好性能的鋼坯。整個(gè)過(guò)程包括設(shè)備、工藝流程和質(zhì)量控制三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié),需要精細(xì)化管理才能確保產(chǎn)品質(zhì)量。冶金熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)第一定律全能量守恒定律。任何過(guò)程中能量的總和是不變的，只是能量在不同形式之間轉(zhuǎn)換。這是連鑄過(guò)程分析的基礎(chǔ)。熱力學(xué)第二定律熵增定律。任何自發(fā)過(guò)程都會(huì)導(dǎo)致熵的增加。這決定了熱量自發(fā)地從高溫傳向低溫。應(yīng)用于連鑄過(guò)程的熱量傳遞。相平衡理論相圖描述了在給定壓力下，溫度變化引起的相變。這為理解連鑄過(guò)程中的凝固機(jī)理提供理論基礎(chǔ)。連鑄池?zé)崃W(xué)連鑄過(guò)程中熔融金屬在連鑄池內(nèi)的熱量會(huì)發(fā)生復(fù)雜的變化和轉(zhuǎn)化。連鑄池?zé)崃W(xué)研究這些熱量的來(lái)源、傳遞和利用情況,是分析連鑄過(guò)程的基礎(chǔ)。重點(diǎn)包括熔體的熱平衡、溫度變化及其對(duì)凝固過(guò)程的影響。連鑄池?zé)崃科胶饫鋮s水軋輥輻射化學(xué)反應(yīng)連鑄池的熱量平衡主要包括冷卻水、軋輥、輻射和化學(xué)反應(yīng)四個(gè)部分。通過(guò)建立熱量收支平衡模型,可以準(zhǔn)確計(jì)算出各部分在整個(gè)過(guò)程中所占的熱量百分比,為優(yōu)化連鑄工藝提供重要依據(jù)。連鑄池溫度場(chǎng)分析連鑄池內(nèi)部的溫度場(chǎng)對(duì)凝固過(guò)程和鑄坯質(zhì)量有重要影響。通過(guò)對(duì)連鑄池內(nèi)溫度場(chǎng)的分析,可以了解鐵水和金屬鈉之間的溫度差異,以及鐵水表面和內(nèi)部的溫度梯度。溫度場(chǎng)分析可以幫助預(yù)測(cè)鑄坯表面的溫度變化,并結(jié)合凝固理論分析表面硬殼的形成情況。這對(duì)控制鑄坯質(zhì)量和預(yù)防表面缺陷至關(guān)重要。凝固硬殼形成分析1表面澆注液態(tài)金屬澆入模具表面2快速冷卻靠模具冷卻系統(tǒng)快速降溫3硬殼形成表面逐步凝固形成初始硬殼4持續(xù)增厚硬殼不斷向內(nèi)部緩慢增厚在連鑄過(guò)程中,液態(tài)金屬首先被澆入模具表面,由于模具內(nèi)部的高效冷卻系統(tǒng),表面區(qū)域會(huì)迅速降溫并開(kāi)始凝固,形成初始的硬殼。隨后這個(gè)硬殼會(huì)不斷向內(nèi)部增厚,直到形成足夠厚度的最終產(chǎn)品。對(duì)于硬殼的形成過(guò)程和增厚規(guī)律的分析是保證連鑄質(zhì)量的關(guān)鍵。硬殼結(jié)構(gòu)分析內(nèi)部結(jié)構(gòu)凝固的硬殼內(nèi)部具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu),包括柱狀晶、等軸晶以及其他特殊晶粒形態(tài)。晶粒的尺寸和形態(tài)直接影響到鑄坯的力學(xué)性能。缺陷分析硬殼內(nèi)部可能存在收縮孔洞、夾雜物、偏析等各類(lèi)缺陷,需要通過(guò)仔細(xì)分析才能找出成因并采取針對(duì)性的措施。滲碳現(xiàn)象在高溫環(huán)境下,硬殼表面可能發(fā)生滲碳,導(dǎo)致表層組織發(fā)生變化,這需要特別關(guān)注并采取相應(yīng)的控制措施。溫度梯度由于冷卻過(guò)程的復(fù)雜性,硬殼內(nèi)部會(huì)存在明顯的溫度梯度,這會(huì)影響到晶粒的生長(zhǎng)方向和尺寸。硬殼內(nèi)部溫度場(chǎng)連鑄過(guò)程中，熔體凝固過(guò)程會(huì)形成一層冷卻硬殼。硬殼內(nèi)部溫度場(chǎng)分布對(duì)于控制凝固過(guò)程和鑄坯質(zhì)量至關(guān)重要。通過(guò)分析硬殼內(nèi)部溫度分布情況，可以預(yù)測(cè)硬殼的形成和變化規(guī)律，從而優(yōu)化連鑄工藝參數(shù)。硬殼內(nèi)應(yīng)力分析在連鑄過(guò)程中,鑄坯硬殼承受著復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài),包括凝固收縮、熱應(yīng)力、相變應(yīng)力等。這些應(yīng)力會(huì)對(duì)鑄坯的形狀、尺寸和內(nèi)部質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。應(yīng)力類(lèi)型形成原因?qū)﹁T坯的影響熱應(yīng)力由于溫度梯度導(dǎo)致的熱膨脹和收縮會(huì)導(dǎo)致表面開(kāi)裂、內(nèi)部懸空等缺陷相變應(yīng)力奧氏體向鐵素體相變引起的體積變化可能導(dǎo)致內(nèi)部裂紋和偏析收縮應(yīng)力金屬凝固過(guò)程中的體積收縮會(huì)引起表面開(kāi)裂和形變分析和控制這些應(yīng)力是確保鑄坯質(zhì)量的關(guān)鍵所在,需要結(jié)合數(shù)值模擬和實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行綜合研究。硬殼破裂分析1應(yīng)力分析硬殼在連鑄過(guò)程中會(huì)受到各種應(yīng)力的作用,包括內(nèi)部溫度梯度應(yīng)力、外部機(jī)械應(yīng)力等。這些應(yīng)力會(huì)使硬殼產(chǎn)生裂紋和破裂。2裂紋傳播一旦出現(xiàn)裂紋,它會(huì)沿著應(yīng)力集中處快速傳播,導(dǎo)致硬殼整體破裂。這種破裂會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。3破裂預(yù)防通過(guò)調(diào)整連鑄工藝參數(shù),如澆注速度、水冷強(qiáng)度等,可以控制硬殼內(nèi)部應(yīng)力,降低硬殼破裂的風(fēng)險(xiǎn)。軟漲模型鋼板軟漲連鑄鋼板在冷卻過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)軟漲現(xiàn)象,這是由于內(nèi)應(yīng)力和相變引起的。溫度分布鋼板內(nèi)部溫度分布的不均勻性是導(dǎo)致軟漲的主要原因。變形分析通過(guò)建立熱力學(xué)模型和數(shù)值模擬,可以預(yù)測(cè)鋼板的軟漲量。軟漲量計(jì)算5-10%軟漲量鑄坯長(zhǎng)度10-20mm軟漲量鑄坯寬度5-10mm軟漲量鑄坯厚度200-400mm最終鑄坯長(zhǎng)度總長(zhǎng)度連鑄過(guò)程中，由于金屬的熱收縮行為會(huì)導(dǎo)致鑄坯尺寸發(fā)生變化。軟漲量是指鑄坯在凝固和冷卻過(guò)程中，由于熱收縮而導(dǎo)致的鑄坯尺寸的變化量。準(zhǔn)確計(jì)算軟漲量對(duì)于確保鑄坯尺寸并提高質(zhì)量至關(guān)重要。軟漲量對(duì)凝固的影響硬殼厚度增加軟漲量的增加會(huì)導(dǎo)致硬殼厚度增加,從而影響內(nèi)部質(zhì)量和結(jié)構(gòu)。冷卻率降低軟漲量的增加會(huì)降低凝固過(guò)程中的冷卻率,進(jìn)而影響晶粒結(jié)構(gòu)和內(nèi)部缺陷。內(nèi)部應(yīng)力變化軟漲量的變化會(huì)導(dǎo)致鑄坯內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的改變,可能引發(fā)表面和內(nèi)部缺陷。鑄坯表面質(zhì)量分析表面完整性良好的鑄坯表面質(zhì)量對(duì)后續(xù)加工和制品性能至關(guān)重要。檢查表面是否有裂紋、劃痕、氣孔等缺陷是質(zhì)量控制的重點(diǎn)。常見(jiàn)表面缺陷連鑄過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)表面崩裂、凝固收縮空洞、氧化皮等缺陷,了解其形成機(jī)理對(duì)預(yù)防十分重要。表面質(zhì)量檢測(cè)采用可靠的檢測(cè)手段,如目測(cè)、超聲波等,全面掌握鑄坯表面狀態(tài),為后續(xù)工藝優(yōu)化提供依據(jù)。表面缺陷形成機(jī)理化學(xué)成分不均勻鑄坯表面化學(xué)成分在凝固過(guò)程中發(fā)生變化，導(dǎo)致局部區(qū)域成分偏離目標(biāo)值。溫度場(chǎng)不均勻鑄坯表面溫度場(chǎng)存在明顯的非均勻分布，引發(fā)局部過(guò)度快速凝固或凝固不完全。機(jī)械應(yīng)力集中鑄坯表面受到復(fù)雜的機(jī)械應(yīng)力作用，容易在局部區(qū)域產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致表面缺陷。界面反應(yīng)引發(fā)鑄坯表面與模具、輥道等接觸面存在不良的界面反應(yīng)，從而導(dǎo)致表面缺陷的形成。表面缺陷預(yù)防措施優(yōu)化澆注系統(tǒng)通過(guò)對(duì)澆注系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化,可以降低金屬液流速,減少表面缺陷的發(fā)生?？刂评鋮s參數(shù)調(diào)整模具冷卻水溫度和流量,可以減緩凝固過(guò)程,改善表面質(zhì)量。應(yīng)用電磁攪拌使用電磁攪拌技術(shù)可以改善金屬液流動(dòng),細(xì)化晶粒,從而提高表面質(zhì)量。優(yōu)化表面處理采用合理的表面處理工藝,如噴砂或者拋光,可以消除表面缺陷。鑄坯內(nèi)部缺陷分析鑄坯內(nèi)部缺陷是連鑄過(guò)程中一個(gè)重要的問(wèn)題。這類(lèi)缺陷往往發(fā)生在鑄坯的內(nèi)部,難以被檢測(cè)和修復(fù)。了解這些缺陷的形成機(jī)理,對(duì)于提高鑄坯質(zhì)量至關(guān)重要。內(nèi)部缺陷的主要類(lèi)型包括氣孔、夾雜物、晶間裂紋等。這些缺陷的成因復(fù)雜,與鑄造工藝、材料特性、凝固過(guò)程等多方面因素有關(guān)。只有深入分析并控制這些因素,才能有效預(yù)防內(nèi)部缺陷的發(fā)生。內(nèi)部缺陷形成機(jī)理1凝固過(guò)程在連鑄過(guò)程中,鐵水從澆注口進(jìn)入連鑄模具開(kāi)始凝固2熱量傳遞熱量從鐵水內(nèi)部向模具冷卻水傳遞,導(dǎo)致鐵水逐漸凝固3熱應(yīng)力積累凝固過(guò)程中鑄坯內(nèi)部產(chǎn)生不均勻熱應(yīng)力,導(dǎo)致內(nèi)部缺陷產(chǎn)生4內(nèi)部缺陷常見(jiàn)的內(nèi)部缺陷包括氣孔、夾雜物、凝固裂紋等連鑄過(guò)程的內(nèi)部缺陷主要是由于熱量傳遞不均勻造成的熱應(yīng)力積累引起的。當(dāng)鐵水從澆注口進(jìn)入模具開(kāi)始凝固時(shí),熱量從內(nèi)部向外傳遞,導(dǎo)致內(nèi)部與表面的凝固速度和程度不同,從而產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力積累,最終形成各種內(nèi)部缺陷。內(nèi)部缺陷預(yù)防措施1控制凝固過(guò)程通過(guò)調(diào)整澆注參數(shù)和冷卻條件,調(diào)整凝固過(guò)程,減少內(nèi)部缺陷的形成。2優(yōu)化鋼水組成對(duì)鋼水成分進(jìn)行優(yōu)化,提高成分的潔凈度,降低夾雜物含量。3應(yīng)用電磁攪拌利用電磁力對(duì)液池內(nèi)的鋼水進(jìn)行攪拌,可以改善內(nèi)部組織,減少內(nèi)部缺陷。4強(qiáng)化在線檢測(cè)采用先進(jìn)的在線檢測(cè)技術(shù),及時(shí)發(fā)現(xiàn)和控制內(nèi)部缺陷的形成。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是連鑄工藝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過(guò)科學(xué)合理的設(shè)計(jì),可以確保金屬液能夠順暢地流入模具,并形成理想的鑄坯形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。模具設(shè)計(jì)模具的設(shè)計(jì)需要考慮金屬液的流動(dòng)規(guī)律、凝固特性以及熱量傳遞等因素,以確保鑄坯能夠順利成型。合理的模具設(shè)計(jì)可以有效預(yù)防缺陷的產(chǎn)生。澆注系統(tǒng)優(yōu)化通過(guò)對(duì)澆注系統(tǒng)的持續(xù)優(yōu)化,可以進(jìn)一步提高鑄坯質(zhì)量,降低能耗,并提升生產(chǎn)效率。優(yōu)化的關(guān)鍵在于深入分析流動(dòng)規(guī)律及溫度場(chǎng)分布。模具冷卻設(shè)計(jì)模具冷卻系統(tǒng)是連鑄工藝中的關(guān)鍵部件之一。合理的模具冷卻設(shè)計(jì)可以提高鑄坯表面質(zhì)量、改善內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、控制凝固過(guò)程并延長(zhǎng)模具使用壽命。12冷卻水量每分鐘12升的冷卻水量可滿足大多數(shù)連鑄模具的需求。30冷卻壓力模具冷卻水壓力一般控制在30bar左右，以確保均勻流通。80水溫下降冷卻水進(jìn)出口溫度差控制在80℃以內(nèi)可達(dá)到良好的冷卻效果。澆注參數(shù)優(yōu)化1澆口設(shè)計(jì)保證合理的金屬流線,避免渦流和氣體卷入2澆注速度控制動(dòng)態(tài)調(diào)整澆注速度,確保金屬填充均勻3溫度監(jiān)控準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)澆注溫度,維持在最佳凝固溫度范圍4工藝參數(shù)優(yōu)化協(xié)調(diào)澆注、冷卻等工藝參數(shù),減少缺陷發(fā)生澆注參數(shù)的優(yōu)化對(duì)于確保鑄件質(zhì)量至關(guān)重要。合理的澆口設(shè)計(jì)可以引導(dǎo)金屬流動(dòng),避免氣體夾帶;動(dòng)態(tài)調(diào)整澆注速度可以確保金屬均勻填充;精準(zhǔn)控制澆注溫度有助于獲得最佳凝固組織;協(xié)調(diào)各項(xiàng)工藝參數(shù)則可以有效預(yù)防各種缺陷的形成。通過(guò)對(duì)澆注參數(shù)的優(yōu)化,我們可以生產(chǎn)出質(zhì)量更加穩(wěn)定的鑄件。電磁攪拌技術(shù)原理與優(yōu)勢(shì)電磁攪拌技術(shù)利用感應(yīng)電磁力在鑄坯內(nèi)部產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)流動(dòng),可有效促進(jìn)熔體的流動(dòng)和溫度均勻化。它能夠減少內(nèi)部缺陷,改善晶粒結(jié)構(gòu),提高產(chǎn)品質(zhì)量。應(yīng)用場(chǎng)景電磁攪拌廣泛應(yīng)用于連鑄和鑄造工藝中,尤其適用于生產(chǎn)高品質(zhì)鋼鐵、鎂合金等產(chǎn)品。它可以單獨(dú)使用,也可與其他技術(shù)如軟漲、高頻振動(dòng)等結(jié)合應(yīng)用。設(shè)備特點(diǎn)電磁攪拌設(shè)備包括勵(lì)磁線圈、電源裝置和冷卻系統(tǒng)等部件,能夠精確控制電磁力大小和頻率,以滿足不同工藝要求。發(fā)展趨勢(shì)未來(lái)電磁攪拌技術(shù)將繼續(xù)完善,結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真和智能控制,實(shí)現(xiàn)鑄造過(guò)程的精確調(diào)控,提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。輥道參數(shù)設(shè)計(jì)連鑄過(guò)程中的輥道設(shè)計(jì)對(duì)鑄坯質(zhì)量至關(guān)重要。需要考慮輥道的材料、形狀、排布、冷卻等多方面因素,以確保鑄坯在緩慢引出過(guò)程中得到適當(dāng)?shù)闹魏鸵龑?dǎo)。優(yōu)化設(shè)計(jì)可確保鑄坯在連鑄過(guò)程中的平穩(wěn)引出,同時(shí)降低內(nèi)外應(yīng)力,最大限度地減少表面和內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生。連鑄過(guò)程在線檢測(cè)連鑄過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng),需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制各個(gè)關(guān)鍵參數(shù),以確保最終鑄坯質(zhì)量。先進(jìn)的在線檢測(cè)技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)采集關(guān)鍵工藝參數(shù),如溫度、成分、形狀等。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析和處理,可及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況,采取措施進(jìn)行優(yōu)化控制。在線檢測(cè)技術(shù)包括光學(xué)成像、電磁感應(yīng)、聲波探測(cè)等多種方式,能夠全面監(jiān)測(cè)連鑄過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化,為工藝優(yōu)化提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)支撐。連鑄過(guò)程自動(dòng)化控制1過(guò)程監(jiān)測(cè)利用大量傳感設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)連鑄過(guò)程的各個(gè)關(guān)鍵參數(shù),如溫度、速度、壓力等。2參數(shù)調(diào)節(jié)基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),智能算法自動(dòng)分析并調(diào)節(jié)各項(xiàng)工藝參數(shù),如澆注速度、水冷強(qiáng)度等。3故障診斷通過(guò)分析異常數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障,并給出診斷建議,減少設(shè)備停機(jī)時(shí)間。連鑄工藝優(yōu)化優(yōu)化目標(biāo)提高連鑄過(guò)程的效率、穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量是連鑄工藝優(yōu)化的主要目標(biāo)。數(shù)據(jù)分析基于連鑄過(guò)程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史記錄，進(jìn)行深入的數(shù)據(jù)分析和挖掘。自動(dòng)化控制通過(guò)智能算法和控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)連鑄過(guò)程的自動(dòng)化優(yōu)化和精細(xì)調(diào)控。技術(shù)創(chuàng)新引入先進(jìn)的工藝技術(shù)和裝備,不斷優(yōu)化連鑄工藝流程和關(guān)鍵參數(shù)。企業(yè)案例分析為了幫助企業(yè)更好地實(shí)施連鑄工藝優(yōu)化,我們將分享兩個(gè)成功的應(yīng)用案例。第一個(gè)案例是某鋼鐵公司通過(guò)優(yōu)化