钢锭模设计对大型锻造钢锭的凝固和内部质量的影响

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1、维普资讯http://www.cqvip.com钢锭模设计对大型锻造钢锭的凝固和内部质量的影响田代晃一等一、前言机计算程序而言，使用有限单元法要此使甩现代重工业中，随着船舶、冶炼设备和差分法简便。因此，本文在处理钢锭凝固过发电设备等锻钢件的大型化，使用的钢锭也程的计算时，采用了有限单元法，钢锭和键在向着400t、500t的超大型化方向发展。这模断面形状为多棱形，但实际是按圆形断面样大型的钢锭，缩孔缺陷和称为中心疏松的轴对称体对待的。图1所示的是单元分的、在钢锭轴心部位产生的空隙性缺陷的范的一个例子。在图中，温度变化大的地方，围就会扩大，缺陷的尺寸也会增大。缩孔及单元分得

2、很细，这是为了得到较高的精度。中心疏松这种内部脆弱的组织，如果经过锻2．初始条件、边界条件和物理性质造而且锻造效果较好，就能得到改善。但计算假定以0．39％碳素钢为例，其液柜是，随着钢锭的大型化，由于压力机能力的线温度为1498℃，固相线温度为1438℃，初关系使得锻造效果降低，因此，就有必要提始条件和边界条件如图2所示。在锭模和保高钢锭本身质量以弥补压力机能力的不足。温帽的外部，以及间隙形成后的钢锭表面，用普通方法浇注大型锻造钢锭，其质量辐射率为温度的函数，假定为0．75---0．95。主要由锭模和冒口的设计条件来决定。但是锭模和保温帽的外部的热对流传导系数，假目前还

3、没有适当的方法可以无损检查所生产定为15kcal／mz·h·℃。的钢锭的质量，因而对于钢锭质量的检查，通常仍不得不采用解剖检查的方法或者锻造后的毛坯检查的方法。然而，这两种方法都有缺点，前者费用高、耗时长，后者因钢锭经过锻造这一工序，会产生一些复合效果，所以不能直接评价钢锭本身的优劣。有鉴于此，为了探讨冒口和钢锭设计条件对大型钢锭凝固特性的影响，本文利用有限单元法编制凝固解析程序，在各种条件下进行解析分析，再把解析结果同锭模测温结果和大型钢锭解剖检测结果作对比，进而深306入细致地进行研究，由此找出能减少缩孔和邻5缺陷的偏析等设计规范，从而把握住400"-"500t超大

4、型钢锭的设计方向。二、解析方法1．计算方法{在边界条件复杂的情况下，就电子计算l图165t钢锭的单元分割和测温点62维普资讯http://www.cqvip.com一j绍最～一：稞糟孝“．c^’⋯-：荣传异和捕轴射犬吃j蕾温。t拜．}=防蝴ltStO·c甓境忉：；．c望墅毛缰卿翰械蝴-c：图3用于凝固解析的导热系数和比热图2用于凝固解析的初始条件和边界条件譬冒口处各边界条件的处理方法因文献而异，在这次解析中，采用的是表1所示的方法。冒口上面的边界条件，有全面绝热或外部加热等的不同。在这次解析中，如图2所示，为部分绝热、部分保持在一定温度(在这图4用于凝固解析的密度里为1

5、480℃，处于液相线和固相线温度之(3)凝固潜热：钢的凝固潜热为间)。这次解析以大型锻造钢锭为对象，由60cal／g。潜热在凝固区间的分配方法有：于大型钢锭保温帽很高，所以冒口上面的边1)在凝固范围内平均分配潜热法，2)按界条件对钢锭本体的凝固影响较小，这可以等腰三角形分配潜热法，3)同固相率成比由解析结果看出。当保温帽高度小时，上面例的潜热分配法。这里采用的是第一种分配边界条件的影响就会变大。另外，由于缩孔法。引起的形状变化带来的影响也应当考虑进(4)对流：关于浇注结束后，钢液的去。动态还有许多不明确的地方。本实验所用的在计算中，钢种的物理性质，在数值上大型钢锭，在浇

6、注结束时，钢液温度几乎接采用的是普通钢的数值，而铸铁和耐火砖采近液相线温度，可以设想这时不会有大的对用的是如下数值。即：流出现，因而不考虑对流影响，而在把对流(1)导热系数和比热：钢的、铸铁的考虑作为计算条件的例子中，有采用把对流和耐火砖的分别如图3所示。数值假定为钢液的导热系数十倍的方法来处(2)密度；其数值如图4所示。理的。(5)其它。虽然有过关于普通钢是沉表1冒口处的边界条件淀晶的影响而使纵向凝固加速进行的报道，但是在本解析中没有把沉淀晶的形成计入计边界砖内衬／铸造金属砖内衬／保温帽铁壳算条件中去。文献(4)传导绝热三，实验方法文献(5)空气问隙形成前是传辐射导，

7、形成后是辐射1．测温方法奉研究葡上传导为了验证用有限单元法得到的温度计算63维普资讯http://www.cqvip.com结果，测定了常用类型的保温帽和钢锭模内成分偏析、疏松及夹杂物等的检验。的温度分布状况。疏松对钢锭是否完善和内部质量好坏有图5所示为65t钢锭(O．39％碳素钢)的保很大影响。测定疏松分布的方法是。沿钢锭温帽和钢锭模内测温位置以及所用的热电轴心，自钢锭肩部开始，在轴线的1O、偶。在保温帽内衬的粘土耐火砖内部，测了950％，80处截取径向试片，试片经}j~-c磨个点，在保温帽铁壳内测了3个点，在钢锭模光后，再测定疏松的面