大型鋼錠凝固過程中宏觀偏析預測算法研究.pdf

1、工業(yè)生產(chǎn)中，大型鍛件質(zhì)量的好壞與鋼錠的質(zhì)量密切相關(guān)，尤其是鋼錠內(nèi)部溶質(zhì)成分的分布，可以直接影響到鋼錠的使用性能，而宏觀偏析缺陷又難以通過后續(xù)的軋鋼工藝等過程來消除。要獲得鍛造所需的優(yōu)質(zhì)鋼錠，就必須對鋼錠凝固過程中的溶質(zhì)分布規(guī)律進行預測和控制。鋼錠凝固是在鑄型內(nèi)的高溫狀態(tài)下進行的，難以直接觀察和檢測。在大多數(shù)情況下，采用現(xiàn)場實驗及實物研究非常困難。
　　本文以大型鋼錠的凝固過程中的碳偏析為研究對象，通過建立鋼錠凝固模型并利用proc

2、ast軟件對其凝固過程的溫度場進行了模擬。本文利用濃化時間法預測了計算模型中偏析產(chǎn)生可能性較大的部位。在濃化時間法的基礎(chǔ)上，發(fā)展了改進的濃化時間法預測鋼錠的頭部正偏析，對模型計算的結(jié)果表明，改進的濃化時間法設(shè)計思想清晰，計算簡便、計算速度快，并能夠模擬出鋼錠凝固過程中溶質(zhì)的富集過程。在進一步的探討偏析過程的物理本質(zhì)的基礎(chǔ)上又分別利用了溶質(zhì)分配規(guī)律、沉降規(guī)律、倒V型偏析的發(fā)生規(guī)律等計算了溶質(zhì)分布、沉積錐和倒V型偏析。
　　主要研究結(jié)

3、果如下：
　?、賹Υ笮弯撳V凝固過程溫度場進行了模擬計算。本文利用procast軟件，對現(xiàn)場實際生產(chǎn)過程中的600T大型鋼錠的凝固過程進行了模擬計算。計算結(jié)果表明，其凝固過程能夠滿足現(xiàn)在實際生產(chǎn)過程的工藝條件。并在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了對溫度場數(shù)據(jù)的導出。
　?、诶脻饣瘯r間法對各部位的濃化時間進行了計算。計算結(jié)果表明，冒口中央部位附近經(jīng)歷的濃化時間較長，出現(xiàn)偏析的可能性較大，這是宏觀偏析中的通道偏析、頭部正偏析以及枝晶沉降等因素共

4、同導致的結(jié)果。
　　③利用改進的濃化時間法對凝固模型進行了計算，計算結(jié)果表明，改進的濃化時間法能夠模擬出大型鋼錠凝固過程中溶質(zhì)富集的實際過程，且計算簡便、計算速度快。
　?、芡ㄟ^對溶質(zhì)分配規(guī)律的分析，利用溶質(zhì)分配規(guī)律的物理過程，總結(jié)出代數(shù)方程數(shù)學模型對大型鋼錠凝固過程中溶質(zhì)分布進行計算。計算過程表明，代數(shù)方程數(shù)學模型可以簡化微分方程數(shù)學模型在數(shù)值計算中離散化的步驟。計算結(jié)果表明，隨著時刻的增加，濃化液逐步向鋼錠頭部附近富集，

5、每一輪的溶質(zhì)分配過程都會引起液相平均濃度的升高，凝固的固相濃度也隨凝固時間的增加逐步升高。
　?、輰︿撳V凝固過程中枝晶的沉降規(guī)律進行了研究，總結(jié)出預測鋼錠底部負偏析沉積錐的計算方法。計算結(jié)果表明，在考慮枝晶沉降影響因素的條件下，將在鋼錠底部出現(xiàn)負偏析的沉積錐。而如果將溶質(zhì)分配因素與沉降因素共同考慮，將使得鋼錠在底部負偏析沉積錐作用的影響下，錠身濃度增加，但對鋼錠頭部正偏析的影響不如錠身明顯。
　　⑥鋼錠凝固過程中產(chǎn)生的倒V型