3.1t矩型钢锭浇注、凝固和偏析行为数值模拟研究

发布时间：2017-08-18 03:24

  本文关键词：3.1t矩型钢锭浇注、凝固和偏析行为数值模拟研究

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【摘要】：随着科技和经济的发展,市场对高品质模具钢的需求越来越广泛。目前模具钢主要以模铸生产为主,钢锭设计、浇注工艺参数制定、绝热板和发热剂的使用情况等,对模铸生产模具钢的质量有决定性作用,同时控制模具钢元素宏观偏析也很关键。本文结合攀钢集团江油长城特殊钢有限公司模铸生产模具钢的具体生产工艺状况,采用数学模拟的方法研究了3.1t矩型钢锭浇注、凝固和偏析行为,为优化设计3.1t矩型钢锭及制定浇注生产工艺参数提供理论依据。本文依托Anycasting商业软件,建立了3.1t矩型钢锭浇注、凝固和偏析数学模型,在对比生产测温实验结果、验证模型准确性的基础上,选取模具钢4Cr5MoSiV1进行数值模拟,研究了浇注温度和浇注速度对钢锭凝固过程和注毕凝固率的影响,分析了不同绝热板材质、冒口浇注高度、发热剂加入时间和加入量对钢锭凝固过程及凝固后缺陷的影响,探讨了模外强冷条件对C、S元素宏观偏析分布规律和S元素不同初始浓度对S元素分布的影响。并在攀长钢炼钢厂进行了生产试验。研究结果表明：当一罐钢水浇注n盘时,过热度为：T浇=(10+10n)℃-(20+10n)℃,浇注第a盘时,本体浇注时间为：t本体 =(420+10n-10a)s～(430+10n-10a)s,冒部浇注时间为：t冒部=(340+10n-10a)±10s；PS绝热板的导热系数为0.16 W·m-1·K-1,可以很好的抑制3.1t矩型钢锭本体内的疏松缩孔缺陷；发热剂应在浇注完成后及时加入,甚至可以在浇注完成前加入,加入量不应小于0.33kg,合理的浇高为300mm；对钢锭模外施加冷却强度为500W.m-2.K-1时就可以有效的减轻C、S元素的宏观偏析。
【关键词】：矩型钢锭 数值模拟 浇注 凝固过程 疏松缩孔 偏析
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG260
【目录】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 1 绪论9-20
• 1.1 铸造数值模拟的研究进展9-11
• 1.1.1 国外研究进展9-10
• 1.1.2 国内研究进展10-11
• 1.2 钢锭浇注与凝固的数值模拟研究方法11-13
• 1.3 疏松缩孔预测判据13-15
• 1.4 钢锭缺陷及影响质量因素15-18
• 1.4.1 钢锭缺陷及其形成原因15-17
• 1.4.2 影响钢锭质量的因素17-18
• 1.5 研究课题的目的和意义18-19
• 1.6 本课题的研究主要工作19-20
• 2 模拟参数选取及锭模测温实验验证20-32
• 2.1 材料热物性参数20-24
• 2.1.1 4Cr5MoSiV1钢热物性参数20-22
• 2.1.2 铸铁的热物性参数22-24
• 2.1.3 钢锭与锭模之间气隙热阻的处理24
• 2.2 初始及边界条件24-26
• 2.2.1 初始条件24-25
• 2.2.2 边界条件25-26
• 2.3 几何模型的建立26-27
• 2.4 测温实验验证27-32
• 3 3.1t钢锭浇注及凝固过程数值模拟研究32-56
• 3.1 钢锭浇注及凝固过程数值模拟的数学模型32-35
• 3.1.1 浇注过程数值模拟的数学模型32-34
• 3.1.2 凝固过程数值模拟的数学模型34-35
• 3.2 模拟计算参数及模拟方案35
• 3.3 浇注速度对浇注及凝固过程影响研究35-44
• 3.3.1 过热度10℃时,浇注及凝固过程模拟结果分析35-39
• 3.3.2 过热度50℃时,浇注及凝固过程模拟结果分析39-41
• 3.3.3 过热度90℃时,浇注及凝固过程模拟结果分析41-44
• 3.4 浇注温度对浇注及凝固过程影响研究44-53
• 3.4.1 浇注完成时间400s时,浇注及凝固过程模拟结果分析44-47
• 3.4.2 浇注完成时间600s时,浇注及凝固过程模拟结果分析47-50
• 3.4.3 浇注完成时间800s时,浇注及凝固过程模拟结果分析50-53
• 3.5 讨论53-54
• 3.6 小结54-56
• 4 3.1t钢锭冒部换热条件对内部疏松影响研究56-66
• 4.1 疏松缩孔预测判据56-57
• 4.2 模拟计算方案57
• 4.3 绝热板材质对疏松缩孔缺陷影响57-60
• 4.4 发热剂加入时间对疏松缩孔缺陷影响60-61
• 4.5 发热剂加入量对疏松缩孔缺陷影响61-63
• 4.6 保温冒浇注高度对疏松缩孔缺陷影响63-65
• 4.7 小结65-66
• 5 3.1t钢锭宏观偏析行为数学模拟研究66-77
• 5.1 宏观偏析数学模型66-67
• 5.2 冷却条件对C元素宏观偏析影响研究67-70
• 5.3 冷却条件对S元素宏观偏析影响研究70-73
• 5.4 S元素初始浓度对宏观偏析影响研究73-76
• 5.5 小结76-77
• 6 3.1t矩型钢锭生产试验77-81
• 6.1 生产试验条件77-78
• 6.2 质量统计78-79
• 6.3 成材率79-81
• 7 结论81-82
• 参考文献82-85
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况85-86
• 致谢86-87
• 作者简介87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 吴翠姑;李日;夏兴川;刘寒龙;;铸造CAE软件数据库研究综述[J];铸造;2008年02期

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本文编号：692471