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。     

钢锭模帽部结构的优化设计

本文利用数值模拟方法设计钢锭模帽部结构,改变了传统的钢锭模帽部结构设计方法,大大提高了钢锭模帽部结构设计的可靠性和科学性。文中提出了无二次缩孔、最小帽容比的钢锭模帽部结构优化准则,并为短计算机运算时间,建立了一种简易优化方法。通过对鞍钢Fx7.1t钢锭帽部测温实验验证了软件的可靠性。采用计算机提供的设计方案对鞍钢Jc10.66t钢锭模帽部结构进行优化设计,钢锭成坯率提高0.5%。     

25～120t真空上注钢锭模的开发设计

通过对国内外大型重机企业真空上注钢锭模参数复算及分析,结合本厂原系列钢锭模的设计经验,并通过计算机辅助设计技术,解决了传统钢锭模设计中计算复杂、优化工作量大的问题,设计了25～120t上注钢锭模.经过实践验证,该系列钢锭模有效促进了钢液凝固过程夹杂物上浮、减小成分偏析、避免锭身缩孔的出现,保证了钢锭质量,提高了钢锭模使用寿命.     

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。     

模拟软件在优化上注钢锭模设计中的应用

采用AnyCasting模拟软件对15 t上注钢锭进行了凝固过程模拟.通过模拟结果分析优化钢锭模参数,降低试制成本,改善钢锭质量,消除缩孔缩松缺陷,并为保温帽口式钢锭及50t以上的上注钢锭模拟提供指导.     

大型空心钢锭的研制

结合空心钢锭的试验 ,分析了大型空心钢锭制造的原理和技术关键 ,详细介绍了 30 t空心钢锭的制造过程、试验方案及所制产品的质量情况 ,为大型空心钢锭的进一步开发提供了依据     

空心钢锭锻造工艺的研究

介绍了30t空心钢锭锻造试验过程及所制产品的质量情况,以及用65t空心钢锭生产电站环形锻件情况,为用大型空心钢锭生产锻件的进一步研究提供了依据。     

35t空心钢锭的制造

介绍了35t空心钢锭外模的选取,芯筒结构形式的设计,冷却介质压缩空气参数的选择,底盘的设计及浇注工艺参数的制定.根据这一系列研究结果,成功生产了空心钢锭,为今后大规格空心钢锭的研发奠定了基础.     

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。     

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.     

MC3电渣重熔过程中的残余应力分析及电渣工艺优化

运用电渣重熔过程中应力场分布理论,对10 t MC3电渣锭从电渣重熔、电渣锭退火及锻前热处理几个方面进行应力状态分析。并通过一次电渣锭锻前断裂事故分析,对10 t MC3电渣锭的电渣重熔、锻前热处理等几个方面提出了工艺改进措施,在生产实践中取得良好效果。     

53 t 12%Cr超超临界转子电渣锭研制

利用自主研发的130 t电渣炉,结合对12%Cr材料的认识和巨型高品质电渣锭的生产经验,制定了技术方案,生产了53 t 12%Cr超超临界转子电渣锭,在氩气保护、渣系和脱氧制度等关键技术方面积累了经验。     

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。     

185MN油压机缸体锻件内部质量分析

介绍了125 t钢锭及其缸体锻件的生产过程,解剖试验分析了缸体锻件中间冲脱部分的内部质量。结果表明:该125 t大型钢锭内部的冶金质量优良,锻造工艺合适,为以后生产更大等级的钢锭和锻件奠定了基础。     

铝合金铸锭铣床翻锭机的改造

通过对铝合金铸锭铣床翻锭机的改造，避免了翻锭机传动轴的断裂。保证了该设备的正常运转。满足了生产的要求。     

用模铸八角锭作为自耗电极生产H13钢电渣重熔锭

通过调整电渣重熔时的冶炼工艺参数,直接以截面差异较大的5.0 t模铸八角锭作为电渣重熔用自耗电极,生产出了质量优良的H13钢电渣重熔锭。该工艺可降低生产成本、缩短生产周期。     

Internal shrinkage crack in a 10 t water-cooled steel ingot with a large height-to-diameter ratio

Steel ingot with a large height-to-diameter ratio is utilized to produce multiple products by one stock in practice. Water cooling is a usual way to enhance production efficiency. However, the combination of the two factors will generate internal defects, such as shrinkage porosity and hot crack. The characteristic of internal shrinkage crack in a 10 t water-cooled steel ingot with a large height-to-diameter ratio was examined by an ultrasonic test. A slice was sectioned from the ingot middle part where billets containing star-like crack were further extracted. The billets were examined by X-ray high energy industrial CT, and the compactness was reconstructed in three dimensions. Microstructure near the crack was observed using scanning electron microscopy, and the solidification process and grain size were studied by high temperature confocal microscopy. Moreover, thermomechanical simulation and post-processing were carried out to analyze the formation of shrinkage porosity and hot crack. A new criterion considering mushy zone mechanical behavior in brittle temperature as well as grain size distribution was proposed to evaluate hot cracking potential in the ingot. The results show that a deep shrinkage porosity band easily forms in the center line of such an ingot with a large height-to-diameter ratio, and water-cooling further generates excessive tensile stress tearing the liquid films around the porosities. Then, hot cracks begin to propagate along grain boundaries. The grain size in the upper and center of the ingot is large, which leads to an inverted cone shape defects zone in the ingot center.

     

530 t特大型真空钢锭凝固过程热传递特性研究

通过实测530 t特大型真空钢锭的散热条件,根据热平衡建立模型并计算该钢锭的凝固时间和凝固后钢锭表面以及径向温度分布,结果与经验公式和实际生产测量结果吻合.     

大型真空锭浇注过程温度控制分析

以450 t钢锭与340 t钢锭生产为例,分析大型真空锭浇注过程中温度的控制。通过分析与曲线拟合,得出大型钢锭多包合浇过程中各包温降与温降因子的关系式,为优化出钢温度提供较好的理论依据。