大型钢锭凝固过程的计算机模拟

本文分析了钢锭-锭模系统的各种边界以及浇注过程中的热交换,应用直接差分法,建立了考虑浇注过程中热交换情况的大型钢锭凝固数值模拟方法,提出采用辐射传热处理钢锭、锭模边界产生气隙后的边界条件。最后应用所编程序计算了60t钢锭的凝固温度场,计算结果表明,显式直接差分法进行凝固数值模拟,单元剖分简单,计算方便。60t钢锭的计算温度场符合钢锭的凝固趋势。     

大型锻造用钢锭凝固疏松缺陷的数值模拟

利用有限元软件ProCast对大型锻造用钢锭的非稳态浇注过程和凝固过程进行了数值模拟。对两种不同的浇注工艺方案,通过温度场和固相场,分析了采用双包浇注时不同浇注温度对凝固过程和疏松形成规律的影响。结果发现：后浇包的浇注温度低,加快了钢锭上部的凝固,降低了冒口的补缩能力,导致疏松缺陷偏下,数值模拟与实验结果基本吻合。而方案2模拟的疏松缺陷向冒口处上移92mm,更有利于钢锭锻造过程中对疏松缺陷的消除。     

散热片对钢锭凝固过程影响数学模拟

钢锭在冷却过程中会出现疏松、缩孔和偏析等缺陷。本文提出在钢锭模上加散热片来加快钢锭的凝固,分析加不同形状的散热片后钢锭凝固过程中的温度场变化、全凝时间、缩孔情况的影响。研究表明:加散热片后钢锭凝固时间缩短了60 s,而且水平布置的散热片与竖直布置的散热片相比凝固速率加快了16%,加锥形数值散热片后,缩孔的体积最小为247.3 cm3。     

大扁锭凝固过程模拟及缩孔优化

对某钢厂28.7t钢锭凝固过程进行测温,并用有限元方法模拟该钢锭凝固过程温度场和凝固场分布.结果表明:温度模拟值与现场测量值吻合很好,证明模拟具有较高的准确性和可靠性;凝固初期,钢锭底部和保温冒与钢锭模连接处凝固较快;52min时,绝热板与钢锭间已形成一定气隙;前3h,钢锭侧面凝固顺序由模壁向钢锭中心平行推进;凝固后期较凝固前期凝固速度快;热电偶测得,保温冒中心凝固时间为428min,钢锭本体中心顶部凝固时间为365min,冒部全凝时间大于本体全凝时间的15%,有利于控制一次缩孔只存在于冒部.通过模拟将浇注温度由1543℃降低到1533℃,不但不影响保温帽钢液对本体的补缩作用,还可以使缩孔减小6mm,有利于提高钢锭质量.     

大型钢锭底部沉积锥形成的计算机模拟

提出了大型钢锭底部沉积锥由等轴晶组成,其来源有三部分:顶部结晶雨的下落;侧壁枝晶熔断和折断形成的自由晶沉积到底部;沉积锥本身的凝固生长。分析了影响结晶雨下落和侧壁枝晶熔断和折断的主要因素,指出侧壁枝晶的熔断和折断是由液体金属内部的自然对流引起的温度起伏与其本身的机械冲刷造成的,形成的自由晶量正比于液体金属内部的自然对流强弱程度和液体金属在枝晶间的渗透率。用计算机计算了沉积锥高度和钢锭的凝固速度,计算结果和资料介绍的结果对比表明,建立的大型钢锭沉积锥形成的模拟方法可靠。     

大型钢锭夹杂沉积区形成过程的计算机模拟

将自浇注起到钢液中自然对流衰减至不足以把允许的最大夹杂物带回底部为止的时间称为临界时间.夹杂沉积区就是在临界时间内所形成的底部等轴晶区,该区由三部分构成:顶面下落的结晶雨;侧壁树枝晶枝臂的熔断和折断所形成的自由晶和底部由于传热而造成的凝固生长.本文在以热量平衡为基本原理的凝固数值模拟的基础上,结合自然对流的边界层理论,给出了临界时间的计算方法;又结合氯化铵水溶液的模拟实验,给出了顶面结晶雨的定量计算方法;此外,还提出了侧壁树枝晶枝臂的熔断和折断所形成的自由晶,以及钢锭底部由于传热而造成凝固生长的定量计算方法.根据上述模型编制了夹杂沉积区形成过程的数值模拟程序,针对68吨27 Cr2Mo1V 转子钢钢锭进行了夹杂沉积区形成过程的计算机模拟,模拟结果求得切尾率为8.11%.而实际生产中钢锭的切尾率为8.8%.两者大体相符.     

钢锭宏观偏析数值预测

在改进准三维凝固传热数值模拟技术的基础上,建立了新的钢锭宏观偏析预测数模,数模可预测钢锭的逆V偏析分布、沉积锥形状及碳的宏观偏析分布。     

扩大凝固模拟网格单元数方法研究

提出了一种扩大凝固模拟网格单元数的方法——读写虚拟盘法，并介绍了其工作原理及实现方法．在微机ＤＯＳ系统下，采用该方法对６１０５曲轴这样复杂形状铸件的凝固过程（网格数为１０３７７３６）进行了模拟     

轴对称凝固锭中通道偏析的形成与防止

用　Ｐｂ－５％Ｓｎ合金在垂直轴对称凝固的　φ７０　ｍｍ×１２０ｍｍ圆柱锭上模　　拟了大型钢锭中Ａ偏析的形成，研究了Ａ偏析形成的临界导热条件。采用倾　　角低速旋转法对轴对称凝固条件下通道偏析的防止作了初步尝试。结果表　　明：通道偏析的形成条件是径向温度梯度大于７．５×１０－２°Ｃ／ｍｍ；凝固速度　　小于临界凝固速度，临界凝固速度随着温度梯度的降低而降低。倾角低速旋　　转可以有效地防止通道偏析的形成。当铸锭沿轴线倾斜２２°时，相对于绕垂直　　轴旋转，防止偏析所需的转速可降低８０％．     

锌锭模热力行为数值模拟及失效分析

针对锌锭模在使用过程中内圆角部位因疲劳裂纹而失效的问题,利用有限元方法,模拟锌液浇注及其凝固过程中锌锭模的温度场和应力场,找到锌锭模上拉应力最大的3个点,此3点即为控制模具使用寿命的关键点.分析锌锭模的初始温度、锌液的浇注温度对关键点最大应力的影响,模拟锌锭模自身铸造应力和组织性能,得到模具断面铸造应力和抗拉强度分布.分析锌锭模裂纹产生的原因,提出锌锭模使用工艺.研究结果表明:热冲击和疲劳是锌锭模产生裂纹的主要原因,裂纹不一定位于应力最大部位,而是位于应力较大且组织性能较差的部位;在锌锭浇注过程中,当模具的温度较低时,应采用低温浇注.     

Cr12N钢高压凝固钢锭的气泡分布

在冶炼Cr12N铁素体高氮钢时,发现钢锭中有气泡产生,但随着凝固压力的增加,气泡含量越来越少。当熔炼压力0.6 MPa,凝固压力由1.0 MPa增加到1.6 MPa时,气泡数量的平均值由46.37个/mm2降到9.46个/mm2,气泡量下降到原来的20.4%;直径大于20μm的气泡数量下降到原来的17.4%,而直径小于5μm的气泡数量增加了37.7%。熔炼压力0.3 MPa凝固压力1.6 MPa的钢锭,下表面的气泡平均面积含量是上表面气泡含量的23.9%,边缘位置处的气泡平均面积含量是中心位置处的25.9%。根据建立的计算钢锭中实际氮含量模型可知,当熔炼压力为0.6 MPa凝固压力增加到1.8 MPa时,可得到没有气泡的高氮钢锭。     

金属凝固组织的计算机仿真

探索了一种新的仿真金属凝固过程中微观组织形成的方法。通过引入导质形核模型，枝晶生长模型，几率形术底模型，借鉴单元动生长机制，仿真等轴晶、柱状晶组织形成的过程。结出了图形仿真结果，襁和实验结果符合得较好。     

180t RH气体扩散行为物理模拟

以某炼钢厂钢包和RH真空精炼设备为原型,建立与原型尺寸比为1:4的物理模型,测量吹入CO2后Na OH水溶液p H值变化来研究供氧、脱碳等气体扩散行为。通过不同提气量和真空度条件下的对比试验,可以得出:吹气过程,真空度对CO2浓度变化影响不大,提气量对CO2浓度的影响较大,增加提气量能够提高CO2浓度,提气量为5.2 m3/h时CO2浓度比提气量为3.0 m3/h时高约7%;脱气过程,真空度对CO2浓度的影响有所改善,提气量对CO2浓度的影响趋势比真空度稍微明显一些。     

热型连铸工艺凝固过程的数值模拟

采用直接差分的方法对热型连铸工艺凝固过程的稳定温度场进行了模拟,绘制了热型连铸工艺凝固过程的温度曲线,分析了铸型出口温度、冷却条件、连铸速度和型内金属液温度对凝固温度曲线的影响．铸型出口温度、冷却条件、连铸速度依次为影响液固界面的主要因素,型内金属液温度对液固界面的影响很小．     

铝硅合金相变材料凝固/熔化过程的数值分析

利用计算流体力学软件FLUENT的凝固/熔化模型,对双层壁圆筒内填充的铝硅合金相变材料的熔化/凝固过程进行了数值模拟,得到了在第3类边界条件下圆筒内相变材料在凝固/熔化过程中的动态温度场分布、相界面移动规律及凝固/熔化时间等,对蓄热装置的设计及实验研究提供了重要的参考价值。     

贝叶斯-序贯高斯模拟方法

各种静态数据约束下的三维储层模型是指呵以同时满足地震和测井数据的模型。研究了整合中等垂向分辨率地震数据的方法。引入贝叶斯定理的序贯高斯模拟方法，即贝叶斯-序贯高斯模拟，用来整合中等垂向分辨率的地震数据，在给定地震频率的条件下，提高模型的分辨率。模拟结果表明，该方法能很好地整合中等垂向分辨率的地震数据，解决整合地震和测井数据存在的“体支撑”难题，生成高于地震垂向分辨率、低于或等于测井分辨率的三维储层模型。     

贝叶斯序贯高斯模拟方法

各种静态数据约束下的三维储层模型是指可以同时满足地震和测井数据的模型。研究了整合中等垂向分辨率地震数据的方法。引入贝叶斯定理的序贯高斯模拟方法,即贝叶斯序贯高斯模拟,用来整合中等垂向分辨率的地震数据,在给定地震频率的条件下,提高模型的分辨率。模拟结果表明,该方法能很好地整合中等垂向分辨率的地震数据,解决整合地震和测井数据存在的“体支撑”难题,生成高于地震垂向分辨率、低于或等于测井分辨率的三维储层模型。     

各向异性影响非等温凝固过程的相场法模拟

采用相场法,模拟Ni-Cu二元合金非等温凝固时各向异性系数对晶体生长行为的影响.结果表明,各向异性系数越大,二次枝晶越发达,枝晶生长速度越快.潜热的释放,致使固相区温度比液相的高,而且在二次枝晶生长速度最快的固/液界面处的温度最高.固/液界面温度的升高,使过冷度降低,晶体的生长受到抑制,生长速度出现波动.