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。     

大型钢锭凝固过程三维数值模拟

开发了大型钢锭凝固过程三维模拟程序。利用本程序对53 t钢锭的凝固过程进行了模拟,预测的钢锭和锭模中典型测试点的冷却曲线、钢锭完全凝固时间及冒口一次缩孔形状等与商用有限元软件ProCAST的计算结果吻合良好。     

不同高宽比下大钢锭凝固过程的数值模拟与优化

为了改善铸件质量,设计3种不同高宽比的72 t钢锭模。利用Pro CAST软件分别对这3种不同高宽比的钢锭在d/D=0.18、采用酸性覆盖剂的条件下进行模拟。通过对凝固场及疏松缩孔分布的模拟结果对比分析得出:在合理的比值范围内,小高宽比浇注此72 t钢锭更容易获得质量较高的铸件。     

钢锭与钢模在钢锭凝固过程中应力分析的研究

本文用独立开发的温度场与应力场分析有限元系统研究了钢锭及锭模在钢锭凝固过程的瞬态应力场，并基于本文数值分析结论研究了该应力场和形成机制。     

冒口保温条件对大型钢锭凝固过程影响的数值模拟

为了优化大型钢锭的浇注工艺,以铸造数值模拟软件为模拟平台,通过建立基于0,50,100,200,300和500mm不同的发热剂厚度的数学模型来研究冒口保温条件对175t大型钢锭凝固过程的影响.模拟结果表明:随着发热剂厚度的增加,钢锭最后凝固区域更易向冒口补缩,缩孔“V”形开口逐渐增大;发热剂加至一定厚度时,钢锭内部缩孔不再发生明显变化;300mm是最佳的发热剂厚度.     

空心钢锭凝固过程温度场模拟与缩孔、疏松预测

对空心钢锭凝固过程的温度场进行了有限元分析。讨论了芯部传热系数、耐火材料工对厚终凝固位置、内筒壁最高温度及缩孔疏松的影响,并研究了耐火材料典型部位的温度随凝固时间的变化。通过凝固过程的温度场的模拟分析,对空心钢锭缩孔、缩松进行了预测,提出了工艺改进措施。     

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。     

基于凝固模拟的钢锭模锥度设计与验证

采用铸造模拟软件对生产过程中易出现缩孔、疏松的15 t钢锭进行了凝固模拟分析,预测了缩孔、疏松的位置及大小,模拟结果与实际解剖结果一致。在凝固模拟的基础上,设计了一系列新的钢锭模,根据模拟结果较好的钢锭模进行了模具制作,在生产中,新钢锭模取得了良好的效果。     

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。     

水冷扁锭凝固过程的模拟研究

利用软件Pro CAST对扁钢锭模铸的凝固过程进行模拟,对比分析了不同冷却条件下铸锭温度场和中心缩松的情况。结果表明,水冷条件下铸锭全凝时间可有较大幅度的缩短,内部质量得到了显著的改善。     

大型钢锭凝固数值模拟与试验研究

利用Procast软件包对6t钢锭的凝固过程进行了计算机模拟,并预测了钢锭的缩孔疏松分布,计算结果发现原有工艺中钢锭的缩孔深度大,轴线疏松严重.将模拟结果与试验结果进行对比,两者吻合良好.在此基础上,研究了绝热板和发热剂对钢锭的缩孔疏松分布的影响,优化了绝热板工艺.模拟与试验结果表明,优化后的绝热板加发热剂工艺可显著改善钢锭冒口的保温效果,减小缩孔深度,提高钢锭的质量和利用率.     

Numerical Simulation of Macro-Segregation in Steel Ingot During Solidification

A mathematical model coupling the momentum, energy and species conservation equations was proposed to calculate the macro-segregation of Fe-C alloy ingot during solidification. The corresponding simulation software which concurrently solves the macroscopic mass, momentum, energy and species conservation equations has been developed by applying the SIMPLE algorithm. The thermo-solutal convection in a NH4 Cl-H2O ingot is verified and the result shows good agreement with that reported. Then macro-segregation in a steel ingot is simulated by using the developed program. The steel ingot is in a rectangular mold with a riser. The fluid flow is mainly induced by the temperature field and the solid fraction. The macro-segregation pattern is mainly affected by the thermo-induced convection in the mushy zone. The negative segregation forms along the walls of the casting. The positive segregation forms at the top center of the casting into the riser. The species concentration reaches the peak in the center of the ingot where solidification ends lastly.     

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.     

不同冷却速率下Zn-2Ni合金包晶凝固研究

采用SEM、EDS及XRD研究了Zn-2Ni合金从750 ℃以不同冷却速率冷却的包晶凝固组织特点.结果表明,冷却速率为0.04 ℃/s时Zn-2Ni合金凝固组织中的包晶γ相仅局部依附于初生γ相上生长;冷却速率为1 ℃/s和36 ℃/s时合金凝固组织中均未能观察到包晶δ相;表明Zn-2Ni合金发生包晶凝固时有别于常规包晶凝固特点,包晶δ相在初生γ相上形核困难且生长速率缓慢.     

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。     

铸锭凝固过程温度场的数值模拟

为改善钢锭头部保温性能,利用有限元分析软件ANSYS对模铸低合金钢凝固过程的温度场进行了数值模拟。重点讨论了绝热板热导率、发热板生热率对钢锭头部保温性能的影响。结果表明,绝热板热导率符合保温材料的性能指标;将发热板生热率调整为不低于5.185×107 W/m3时能满足钢锭头部保温要求。