小型真空感应炉中间包结构优化研究

发布时间：2020-11-07 12:31

　　 随着我国航天航空及国防工业的快速发展,对精密合金的需求量不断增加,且对精密合金的品质以及物理性能要求也越来越高。为满足日益增长的需求量,真空感应炉作为冶炼精密合金的重要设备,其容积在持续的增大,且浇注过程也逐步借鉴成熟的连铸中间包工艺,并在较大型的炉子上取得了一定的冶金效果。但对于生产牌号多、需求量小而品质要求高的精密合金的小型真空感应炉,在浇注过程中对其工艺的借鉴还尚不成熟,且存在一定问题。课题以某精密合金厂1.3t真空感应炉所使用的单流中间包为研究对象,采用物理模拟和数值模拟的方法,对中间包结构及控流装置进行分析与研究,并将得到的最优方案改良后进行了工业试验。其中,物理模拟利用因次分析-模型实验法解析该物理过程,通过因次分析法获得过程的相似准数,建立1:1的物理模型后进行模拟。数值模拟则依据相关理论方程,利用Fluent建立三维数学模型,对课题研究的定解问题进行模拟计算。实验主要结论:(1)原中间包流场及压力场分布不合理,死区比例达27.82%,且有短路流,流体的响应时间、停留时间分别只有2.1s和39.46s;扩容后,流体的流场和压力场改善效果不够明显,死区比例增加了2.74%,短路流依旧存在,结合实际浇注,中间包熔池较为合理的深度应控制在210mm左右;在扩容并增设导流隔墙后,流体的流场趋于合理,短路流消除,死区比例降低。(2)对正交实验方案利用极差分析得到了两组优化方案Ⅲ_3和Ⅲ_(10);通过数值模拟进一步研究导流孔上扬角度对其流场等参数的影响得到优化方案Ⅲ_(12)。其中,方案Ⅲ_(10)为最优方案,优化结构为导流隔墙上导流孔的孔径为26mm、垂直高度为20mm、水平距离为120mm和导流隔墙距水口的距离为60mm,其平均停留时间延长至49.78s,死区减少至14.89%。(3)使用改良最优方案浇注后,钢锭的表面质量得到了显著的改善,扒皮后缺陷基本消除;钢锭中的T[O]和[N]大幅降低,且质量得到了一定程度的改善,使合金的性能和品质得到一定的提高。
【学位单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TF062
【部分图文】：

顺行[17]。而且对于减少金属液对铸模内金属液的冲击和搅动，且充分上浮以达到减少或去除的目的也起着很重要的作用[18-19]。在技术的发展过程中，中间包对于提高合金品质、扩大合金品种、起到了重要的作用。当前较大型的真空感应炉都设计有中间包，多、需求量小而品质要求高的精密合金的小型真空感应炉，在浇艺的借鉴还尚不成熟，且存在一定问题。本课题将继续借鉴成熟，对用于生产高品质精密合金的小型真空感应炉浇注工艺进一步际生产中取得良好的冶金效果。间包冶金技术间包内型结构设计研究前，所用的中间包形状较多，如有矩形 （或称为槽形）、梯形、近似 T 形等多种类型。图 1.1 是通常用的中间包外型结构示意图。

图 1.2 中间包扩容对夹杂物的影响吴永生、喻承欢等人[25]对原型中间包和扩容后中间包，通过数值模拟和物模型的模拟结果进行对比研究，并通过工业实践得出：扩容后中间包内金属液均停留时间延长了 30%。张立峰等人[26]研究了采取相同控流装置，但不同容量中间包的冶金效果，究认为，10t 中间包扩容 50t 后，其夹杂去除率提高了 42.4%，大颗粒夹杂物和观夹杂物去除率分别提高 25.9%和 11.8%。通过工业实操证明：中间包容量的增能够改善金属液流动形式，延长了其停留时间，提高产品质量。1.3.2 中间包内导流隔墙的研究由于中间包内流体的流动流场直接影响着金属液中夹杂物上浮，在无控流置的情况下，坩埚内注流进入中间包，对包壁和包底产生剧烈冲刷，加剧了耐材料的侵蚀，严重影响了中间包的使用寿命，使金属液中大型夹杂增加；且新入的高温金属液大部分直接沿包底从水口流出，形成短路流使整个中间包容积

mppult = 0.5 （实验条件，本实验选取实际浇注过程中 1.3t 真空感应炉的中间与原型的几何相似比 λ=1/1。故模型与原型之间的其流量等参中，原型和模型部分主要工艺参数如表 2.1 所示。表 2.1 原型和模型中间包的部分主要工艺参数实验参数 工作液面高度/mm 流量/m3·h原型 200 1.32模型 200 1.32相关设备学模型实验装置主要包括三个方面，即中间包系统、附属仪其示意图如 2.1 所示。
【参考文献】

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本文编号：2873950