钢锭凝固过程温度场数值模拟

本研究采用大型商业软件MSC.Marc建立了38t钢锭凝固传热数学模型,模型中的钢热物性参数是通过钢凝固过程微观偏析模型预测钢锭凝固过程相的变化规律,并根据钢锭凝固过程钢热物性参数与相组成之间的关系式来确定.随后采用红外测温试验验证了钢锭凝固传热数学模型,并模拟了钢锭凝固过程温度场变化规律以及不同浇注温度和冒口保温条件对钢锭凝固过程的影响.结果表明:钢锭凝固过程由钢锭底部向冒口逐渐凝固,随着钢锭冒口发热剂的加入,钢锭凝固末期,最后凝固区域逐渐从无发热剂情况时位于钢锭本体向冒口区域移动.38t钢锭4125V2钢可采用向浇注后冒口加入200 mm厚发热剂增强钢锭凝固末期钢液补缩能力,脱模时间为浇注后12.5 h.     

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。     

42CrMo模铸钢锭凝固场数值仿真与超声检测分析

采用大型商业软件ProCAST建立了钢锭凝固传热数值仿真,钢锭模在凝固过程中的温度场是空间和时间的变化量,属于三维不稳定态传热.为了验证钢锭凝固过程温度场变化对钢锭冶金缺陷的影响,本文采用24寸42CrMo钢种钢锭模进行数值仿真.采取钢锭浇注过热度、断面温度梯度、液相线和固相线的分析,模拟了钢锭凝固过程中温度场、凝固分...     

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.     

锻造用钢锭凝固过程温度场数值模拟及其应用

在分析锻造用钢锭凝固过程特点的基础上,建立起钢锭铸造凝固的二维非稳态温度场计算数学模型,并编制程序。计算结果反映了钢锭铸造凝固过程中温度场分布。利用该程序,可以对钢液在相似结构钢锭模中的凝固温度场进行预测和评价,也可以通过对比来优化钢锭模设计。     

42CrMo模铸钢锭凝固场数值仿真与超声检测分析

采用大型商业软件ProCAST建立了钢锭凝固传热数值仿真，钢锭模在凝固过程中的温度场是空间和时间的变化量，属于三维不稳定态传热。为了验证钢锭凝固过程温度场变化对钢锭冶金缺陷的影响，本文采用24寸42CrMo钢种钢锭模进行数值仿真。采取钢锭浇注过热度、断面温度梯度、液相线和固相线的分析，模拟了钢锭凝固过程中温度场、凝固分数、缩松率及Niyama的分布。通过仿真与实际操作工艺相结合，以及钢锭的超声检测和解剖验证的低倍检验，证明了仿真技术和超声检测可以提高钢锭的冶金质量。     

中空钢锭凝固过程的数值模拟研究

分析了中空钢锭凝固过程中压缩空气与中心芯子间的对流传热,通过确定二者间的传热系数及压缩空气的温升,结合普通钢锭的数值模拟方法,建立了中空钢锭凝固过程的数值模拟方法,为实现中空钢锭铸造工艺参数的优化设计及中空钢锭的国产化奠定了基础。     

钢锭凝固过程中温度场和流场的数值模拟研究

运用商业软件Procast对25 t钢锭凝固过程的流场和温度场进行了数值模拟。钢锭凝固过程的温度分布云图和冷却曲线显示了钢锭凝固过程的一般规律,为预测缩孔、缩松情况提供了参考依据。分析冷却速率曲线和钢液流动情况可知,考虑钢液流动对传热的影响十分重要。     

三维钢锭与锭模温度场耦合有限元分析系统

清华大学开发了钢锭与锭模在钢锭凝固过程中三维温度场分析软件,提出了专用的网格划分方法和气隙边界热交换的一种新的处理方式。系统分析了22t钢锭的凝固过程,并与实测结果进行了对比分析。     

钢锭模表面温度与内部质量对应关系研究

利用红外热像仪和红外测温仪测定了钢锭凝固过程中铸模外表面的温度分布,再通过模拟实验对测温结果进行修正。着重对钢锭表面纵向各代表位置点温度随时间变化的趋势及规律进行了分析,探讨了其与钢锭凝固过程的关系,对可能导致的铸锭缺陷进行了预测。通过数值模拟及生产情况的验证,证明了利用红外测温对钢锭表面测温进行内部质量判定的可行性,可为钢锭凝固模拟与质量控制提供参考。     

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。     

钢液导热系数对大型钢锭凝固过程的影响

数值模拟是提高大型钢锭质量、优化浇铸工艺、降低实验费用和帮助缺陷诊断分析的重要手段之一.模拟结果是否可靠很大程度上取决于数学模型假设是否合理,合金热物性参数和边界条件的设置是否准确等因素.利用ProCAST铸造模拟软件,分析了钢液导热系数对钢锭充型和凝固过程中的温度分布、凝固时间和缩孔、疏松的影响规律.结果表明,导热系数的提高显著缩短钢锭整体凝固时间,增加钢锭中心产生缺陷的可能性,因此有必要在模拟计算之前准确测量该物性参数.另外,对于在同一模具中浇铸具有不同物性参数的各类合金,该结果为了解其凝固规律提供了参考.     

空心钢锭的传热过程分析

应用铸造模拟软件ProCAST,对110 t传统空心钢锭和新型空心钢锭的凝固过程进行了数值计算。结果表明,双套筒空心钢锭具备一定的可行性,通过改变各层的厚度和冷却气体的流量能够实现对凝固过程的控制。     

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。     

Formation mechanism of shrinkage and large inclusions of a 70t 12Cr2Mo1 heavy steel ingot简

Shrinkage cavities and large inclusions are serious internal defects of heavy steel ingot and influence the quality of subsequent forgings.In order to remove these two types of defects,a 70 t 12Cr2Mo1 heavy ingot fabricated by vacuum carbon de-oxidation process was sectioned and investigated by means of structure observation and EDS analysis.To further study the forming mechanism of shrinkage and inclusion defects and find possible solutions,simulation on pouring and solidification processes was also carried out using Fluent and ProCAST software,respectively.Results show that the shrinkage defects do not appear in the middle-upper part of the ingot.The critical value of shrinkage cavity criterion is ascertained as 0.013 on the basis of sectioning investigation and simulation results,which can be used in computer simulation to predict and avoid shrinkage defects in production of 12Cr2Mo1 ingots with different weights.However,large inclusions are found at the bottom of the ingot body.The bad thermal conditions of the ingot surface and large amount of entrained slag are the main origin of the large inclusions.The simulation result of the pouring process shows that large inclusions may be eliminated by combined measures of improving the top thermal condition and controlling the height of rudimental molten steel in the ladle to above 300 mm.     

Modeling on the Solidification of 1J51 Fe-Ni-Based Alloy Ingot Under Vacuum Conditions

In this article, a numerical simulation model on the solidification of 1J51 Fe-Ni based alloy under vacuum conditions was established using ProCAST software (ESI Group, Paris, France). The calculated temperature profiles of the mold and the solidification profile of the ingot were compared with the measurement, showing a reasonable agreement. The validated model was then used to study the effects of the insulation condition, filling rate, and maximum filling fraction on the solidification state and porosity distribution of the ingot. It was indicated that the shrinkage cavity position of ingot with zirconia fiber was lower than that without zirconia fiber, and the likelihood of centerline shrinkage porosity was independent of the insulation method. The position of macroporosity varied little when the filling rate was from 2.17 kg/s to 5.17 kg/s, while serious solidification defects occurred in the body of ingot when the filling rate was lower than 4.17 kg/s. Increasing the maximum filling fraction had a positive impact on the rise of shrinkage cavity position, but it was hardly advisable because the metal yield decreased with the increase of the maximum filling fraction. Considering the above parameters discussed in this article, it was proposed to remove the zirconia fiber layer for the industrial practice.     

数值模拟在大钢锭制造中的应用

针对现有600 t级钢锭模结构,通过理论分析建立了适合低压转子用大钢锭凝固过程中传热及宏观偏析的数学模型。采用有限元数值模拟方法,利用Procast商业软件及自编专用程序分析了钢锭模的冷却条件、高径比、锥度对凝固过程温度分布、缩孔疏松及宏观偏析的影响规律。模拟结果及生产实践表明:现有600t级钢锭模结构比较合理,且数值模拟计算能够为生产提供理论依据与指导。