电磁离心铸造热流磁耦合数值模拟

发布时间：2016-11-08 16:25

  本文关键词：电磁离心铸造热流磁耦合数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

《长安大学》 2013年

电磁离心铸造热流磁耦合数值模拟

徐耀增  

【摘要】：轧辊是使（轧材）金属产生塑性变形的工具，是决定轧机效率和轧材质量的重要消耗部件。高速钢轧辊已广泛应用于轧钢生产，这与高速钢轧辊良好的耐磨性以及它具有的与传统轧辊明显不同的特点是分不开的。由于离心铸造法生产复合轧辊具有生产效率高、轧辊强度好等诸多优点，目前我国绝大多数轧辊厂均采用离心铸造法生产高速钢复合轧辊。在高速钢轧辊离心铸造中加入电磁搅拌，可以达到改善铸态组织，减轻偏析和提高轧辊性能的目的。但由于离心铸造的受力复杂、高速高温和不透明等原因，很难观察和测定金属液的充型规律。计算机数值模拟技术的应用为科研人员对离心铸造充型和凝固过程的认识提供了新的方法，也为铸造工艺的优化设计提供重要指导。 本论文以高速钢复合轧辊外层的卧式离心铸造为研究对象，采用大型CFD软件Fluent对离心铸造和电磁离心铸造的充型凝固过程进行了热流磁耦合数值模拟分析，，并进行了部分实验验证。旨在探索离心铸造和电磁离心铸造的充型凝固过程的基本规律，并研究电磁场对离心铸造的充型凝固过程的影响规律。主要研究结果如下： （1）建立了在重力、离心力和电磁力共同作用下，高速钢复合轧辊卧式离心铸造在凝固过程中金属液传热和流动的三维耦合数学模型和物理模型以及设置了需要考虑的边界条件。 （2）流场分析结果表明，金属液从浇口处呈抛物线流入高速旋转着的铸型内，紧贴铸型内壁面并以螺旋线的形式沿轴向运动。金属液的最大速度和铸型内层的转速相同，金属液自由液面有上下压差的存在使得液面呈偏心分布，这种偏心现象会随着铸型转速的提高而减弱，并得到了实验验证。 （3）温度场分析结果表明，高速钢复合轧辊在凝固过程中，温度分布是非均匀的，在轴向上为两端向中间的凝固顺序，在径向上为轧辊外径向内径的凝固顺序。转速越大，温度下降得越快。 （4）将电磁场引入离心铸造，进行了电磁、流动和传热的多重耦合计算，并与无磁场情况下的模拟计算结果进行了比较分析，结果表明：在同一位置点的某一确定浇注时刻，电磁离心铸造与普通离心铸造的铸型内部壁面金属液流的绝对压力有一定差异，金属液的流速会减慢，证实了电磁力对铸型内部液流起到了一定的搅拌作用。

【关键词】：
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG249.4
【目录】：

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