空心钢锭凝固过程的温度场模拟
本文关键词：空心钢锭凝固过程的温度场模拟
【摘要】：近些年我国大力提倡节能减排,可持续发展战略,空心钢锭的应用也得到了全方位的关注。相比实心钢锭而言,空心钢锭省去了墩粗、冲孔等机械加工环节,材料利用率得到了明显提高。在实验室条件下开展空心钢锭凝固过程温度场的模拟实验,探究凝固过程的影响因素,为生产制造高质量的空心钢锭提供重要理论依据。本文以中小型空心钢锭凝固过程为研究对象。通过ANSYS模拟软件对空心钢锭凝固过程温度场进行模拟,确定合适的冷却介质及其换热系数。以模拟凝固过程的温度场为初期目标,进行了模拟实验装置的设计,并通过模拟空心钢锭的充型过程进行验证,得到以下结论:(1)空心钢锭的浇注模主要由外模、内模、沙模及芯子四部分组成。其尺寸为钢锭内模厚20mm,钢锭外模外径为1580mm,顶部外模内径为1270mm,底部外模内径为1160mm,沙模厚300mm。芯子主要由芯子内模、支撑筋及垫块三部分组成,支撑筋与内模焊接为一体形成环隙。(2)对充型过程模拟的分析,当设置直浇道内径为100mm、横浇道内径为100mm、内浇道内径为90mm、浇注速度为20.3mm/s等参数时,钢液界面的上升速度比较平稳并没有出现喷溅等缺陷,即便是在充型的开始阶段也是非常平稳。(3)随着换热系数的增大,空心钢锭的凝固趋势逐渐趋向于内外对称,最终凝固位置趋于中上部。当换热系数为170W/(m2k)时最好。(4)环隙宽度和体积流量共同影响冷却介质的换热系数。当环隙宽度一定时,换热系数随体积流量的增大而增大;当体积流量一定时,环隙宽度越小换热系数越大。综合分析当环隙宽度为30mm,压缩空气的体积流量为8900m3/h时可以达到170W/(m2k)的最佳换热系数。
【关键词】：空心钢锭 模拟 充型 温度场
【学位授予单位】：沈阳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG244.3
【目录】：
- 摘要4-5
- Abstract5-9
- 第1章 绪论9-21
- 1.1 课题研究背景及意义9-11
- 1.2 国内外空心钢锭制造技术研究现状11-16
- 1.3 国内外凝固过程数值模拟研究现状16-19
- 1.4 本课题的研究内容19-21
- 第2章 实验材料及方案设计21-31
- 2.1 实验材料21
- 2.2 工装结构设计21-25
- 2.2.1 浇注模结构设计21-23
- 2.2.2 芯子的设计23-24
- 2.2.3 冷却方式的设计24-25
- 2.3 浇注工艺设计25-27
- 2.3.1 浇注系统的类型和特点25-26
- 2.3.2 浇注过程参数26-27
- 2.3.3 浇注工艺流程27
- 2.4 保温材料的选择27-28
- 2.5 模拟软件的选择28-31
- 第3章 空心钢锭充型过程模拟31-41
- 3.1 基于ANSYS中FLUENT模块铸件充型模拟理论分析31-35
- 3.2 充型过程模拟的技术路线35
- 3.3 网格划分35-37
- 3.4 定解条件37
- 3.4.1 边界条件37
- 3.4.2 初始条件37
- 3.5 模拟结果分析37-41
- 第4章 空心钢锭凝固过程温度场模拟41-61
- 4.1 基于ANSYS中热模块温度场模拟理论分析41-43
- 4.1.1 ANSYS热分析有限元法模拟的基础理论41-42
- 4.1.2 热力学理论分析42-43
- 4.2 凝固过程温度场模拟的技术路线43
- 4.3 材料属性43-46
- 4.3.1 材料的密度44
- 4.3.2 材料的比热44-45
- 4.3.3 材料的导热系数45-46
- 4.4 实体模型的建立及网格划分46-48
- 4.5 边界条件及其初始条件48-49
- 4.5.1 初始条件48
- 4.5.2 边界条件48-49
- 4.6 空心钢锭凝固过程的温度场模拟49-54
- 4.7 芯子结构和冷却气体对换热系数的影响54-61
- 4.7.1 换热系数的理论推导54-55
- 4.7.2 体积流量的影响55-57
- 4.7.3 环隙宽度的影响57-59
- 4.7.4 小结59-61
- 第5章 结论61-63
- 参考文献63-65
- 致谢65-66
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，本文编号：834253
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