渣高对GH4169合金电渣重熔凝固过程参数影响的数值模拟研究

借助模拟软件MeltFlow,模拟了GH4169合金电渣重熔凝固过程参数的变化,分析了渣高变化对凝固过程参数的影响。模拟结果表明:凝固过程参数随渣高的增大呈"W"状,凝固过程参数沿重熔锭中心至边缘随冷却速度增大逐渐减小;渣高为160 mm时凝固过程参数最佳;局部凝固时间、二次枝晶间距、Rayleigh数变化趋势一致,在判断凝固组织优劣方面是等同的;计算模拟结果与实验结果吻合良好,能够预测不同工艺条件下缺陷的产生及程度,能够设计和优化现有的工艺并改进钢锭质量。     

铸造钢锭宏观偏析的数值模拟

铸钢凝固过程的溶质再分配是产生宏观偏析的根本原因.利用数值模拟技术,对一个采用垂直定向凝固工艺的钢锭进行了铸造过程模拟分析,考虑了材料参数和边界条件的非线性特征,以及凝固过程中液态金属的自然对流和溶质扩散,预测了钢锭各部位的凝固时间和硫元素宏观通道偏析的位置和偏析程度,模拟结果与相关文献的实验结果基本一致.模拟结果表明,为保证钢锭质量,应从优化钢锭结构和铸造工艺两方面入手,达到减轻宏观偏析、提高钢锭利用率的目的.     

帽口保温砖结构对大型钢锭凝固过程的影响分析

对大型钢锭冒口处的保温砖采用实验检测的保温砖物性参数进行数值模拟,对比了不同保温砖结构对钢锭冒口区凝固过程的影响,结果表明,轻质砖和WDS的使用能够延长冒口处钢液的凝固时间,有利于钢锭的补缩,提高钢锭质量,建议减薄粘土砖的厚度,以充分发挥轻质砖和WDS的保温作用。     

大钢锭凝固过程的数值模拟研究

运用大型商业软件MARC的有限元分析法,对85 t S34MnV大型钢锭凝固过程的温度场分布进行了数值模拟计算分析,基于模拟结果进行了工业试验.模拟结果表明,钢锭的凝固趋势在轴向上由钢锭底部向钢锭顶部逐步推进,径向上由四周向中心慢慢延伸.通过对不同浇注温度下的钢锭凝固过程进行数值模拟,得出适当提高钢锭的浇注温度可以延长凝固时间,这有利于夹杂物的上浮.工业试验结果表明,提高钢锭模初始温度50℃后,冒口夹杂物总量与钢锭底部夹杂物总量的比值提高了约0.63％,验证了模拟结果.     

55t大型锻造用钢锭疏松缺陷的模拟与试验研究

利用ProCAST有限元软件对55 t大型锻造用钢锭的凝固过程进行了数值模拟。分析了钢锭与锭模之间不同换热系数的冷却条件下,钢锭纵截面疏松缺陷的分布区域、形貌及疏松程度的演变规律。模拟分析得出,当钢锭与锭模之间的换热系数为1 200 w（/m2.k）时,钢锭内部的疏松缺陷面积最小,疏松程度最低。与试验结果进行对比,模拟结果与试验结果吻合较好。     

Cu-Cr合金快淬带的凝固数值模拟

建立了单辊快淬凝固过程的数值分析模型,将真空室、冷却辊和样品带作为一个整体换热系加以考虑,以厚度为60 μm的Cu-25%Cr合金快淬带为模拟对象,对其凝固过程进行了分析研究.由冷却曲线和温度场曲线模拟结果可知,带子的凝固时间为1.0×10-4s;单辊快淬的平均冷却速度在106K/s数量级,且凝固潜热的释放不会明显地引起冷却过程的温度回升;带子的凝固速度在0.010～0.394 m/s范围之内随凝固时间的延长逐渐由大变小.通过比较模拟结果和实验结果,且参考已有研究结论,证明了该模型的正确性,得到了Cu-Cr体系的一些凝固规律和凝固参数.     

大型钢锭充型和凝固过程的数值模拟

采用铸造CAE软件对25t钢锭的充型和凝固过程进行了数值模拟与分析,并用生产现场的实测数据对模拟结果进行比较,验证了模型的适用性。探讨了大型钢锭在凝固过程中温度场的变化规律,对钢锭中可能存在的缺陷及位置进行了预测。通过数值模拟发现,冒口容积偏大,冒口补缩效果较好,锭身没有宏观缩孔,但轴线缩松仍然存在。可适当降低冒口容积,并在后续生产中增加搅拌,以消除中心偏析,提高钢锭质量。根据模拟显示的钢锭完全凝固时间,可将脱模时间提前到钢锭浇注完成后的6.4h。     

模拟软件在优化上注钢锭模设计中的应用

采用AnyCasting模拟软件对15 t上注钢锭进行了凝固过程模拟.通过模拟结果分析优化钢锭模参数,降低试制成本,改善钢锭质量,消除缩孔缩松缺陷,并为保温帽口式钢锭及50t以上的上注钢锭模拟提供指导.     

不同冷却条件下的钢锭凝固过程模拟

应用凝固模拟软件模拟不同冷却条件下的钢锭凝固过程,结果表明：应用水冷钢锭模可以改变传统的钢液冷却方式,在提高钢锭质量的同时大大缩短钢液凝固时间,有效提高生产节奏。     

钢锭凝固过程温度场数值模拟

本研究采用大型商业软件MSC.Marc建立了38t钢锭凝固传热数学模型,模型中的钢热物性参数是通过钢凝固过程微观偏析模型预测钢锭凝固过程相的变化规律,并根据钢锭凝固过程钢热物性参数与相组成之间的关系式来确定.随后采用红外测温试验验证了钢锭凝固传热数学模型,并模拟了钢锭凝固过程温度场变化规律以及不同浇注温度和冒口保温条件对钢锭凝固过程的影响.结果表明:钢锭凝固过程由钢锭底部向冒口逐渐凝固,随着钢锭冒口发热剂的加入,钢锭凝固末期,最后凝固区域逐渐从无发热剂情况时位于钢锭本体向冒口区域移动.38t钢锭4125V2钢可采用向浇注后冒口加入200 mm厚发热剂增强钢锭凝固末期钢液补缩能力,脱模时间为浇注后12.5 h.     

42CrMo模铸钢锭凝固场数值仿真与超声检测分析

采用大型商业软件ProCAST建立了钢锭凝固传热数值仿真,钢锭模在凝固过程中的温度场是空间和时间的变化量,属于三维不稳定态传热.为了验证钢锭凝固过程温度场变化对钢锭冶金缺陷的影响,本文采用24寸42CrMo钢种钢锭模进行数值仿真.采取钢锭浇注过热度、断面温度梯度、液相线和固相线的分析,模拟了钢锭凝固过程中温度场、凝固分...     

42CrMo模铸钢锭凝固场数值仿真与超声检测分析

采用大型商业软件ProCAST建立了钢锭凝固传热数值仿真，钢锭模在凝固过程中的温度场是空间和时间的变化量，属于三维不稳定态传热。为了验证钢锭凝固过程温度场变化对钢锭冶金缺陷的影响，本文采用24寸42CrMo钢种钢锭模进行数值仿真。采取钢锭浇注过热度、断面温度梯度、液相线和固相线的分析，模拟了钢锭凝固过程中温度场、凝固分数、缩松率及Niyama的分布。通过仿真与实际操作工艺相结合，以及钢锭的超声检测和解剖验证的低倍检验，证明了仿真技术和超声检测可以提高钢锭的冶金质量。     

铸钢锭凝固过程数值模拟和缩孔缩松预测

用有限元法对22t钢锭凝固过程进行了模拟,计算中采用了Galerkin方法和八节点等参数单元,同时考虑钢锭和锭模界面上初期紧密接触和后期气隙形成过程中界面热阻的变化。建立的模型具有通用性,能够处理各种不同类型的边界条件和变热物性参数,用等效凝固收缩量法预测钢锭冒口部位缩孔的位置和大小,用经适当修正后的G/(?)参数(G-温度梯度,R-冷却速度)预测钢锭内部缩松。计算温度与实测温度基本吻合。     

Formation mechanism of shrinkage and large inclusions of a 70t 12Cr2Mo1 heavy steel ingot简

Shrinkage cavities and large inclusions are serious internal defects of heavy steel ingot and influence the quality of subsequent forgings.In order to remove these two types of defects,a 70 t 12Cr2Mo1 heavy ingot fabricated by vacuum carbon de-oxidation process was sectioned and investigated by means of structure observation and EDS analysis.To further study the forming mechanism of shrinkage and inclusion defects and find possible solutions,simulation on pouring and solidification processes was also carried out using Fluent and ProCAST software,respectively.Results show that the shrinkage defects do not appear in the middle-upper part of the ingot.The critical value of shrinkage cavity criterion is ascertained as 0.013 on the basis of sectioning investigation and simulation results,which can be used in computer simulation to predict and avoid shrinkage defects in production of 12Cr2Mo1 ingots with different weights.However,large inclusions are found at the bottom of the ingot body.The bad thermal conditions of the ingot surface and large amount of entrained slag are the main origin of the large inclusions.The simulation result of the pouring process shows that large inclusions may be eliminated by combined measures of improving the top thermal condition and controlling the height of rudimental molten steel in the ladle to above 300 mm.     

Modeling on the Solidification of 1J51 Fe-Ni-Based Alloy Ingot Under Vacuum Conditions

In this article, a numerical simulation model on the solidification of 1J51 Fe-Ni based alloy under vacuum conditions was established using ProCAST software (ESI Group, Paris, France). The calculated temperature profiles of the mold and the solidification profile of the ingot were compared with the measurement, showing a reasonable agreement. The validated model was then used to study the effects of the insulation condition, filling rate, and maximum filling fraction on the solidification state and porosity distribution of the ingot. It was indicated that the shrinkage cavity position of ingot with zirconia fiber was lower than that without zirconia fiber, and the likelihood of centerline shrinkage porosity was independent of the insulation method. The position of macroporosity varied little when the filling rate was from 2.17 kg/s to 5.17 kg/s, while serious solidification defects occurred in the body of ingot when the filling rate was lower than 4.17 kg/s. Increasing the maximum filling fraction had a positive impact on the rise of shrinkage cavity position, but it was hardly advisable because the metal yield decreased with the increase of the maximum filling fraction. Considering the above parameters discussed in this article, it was proposed to remove the zirconia fiber layer for the industrial practice.     

数值模拟在大钢锭制造中的应用

针对现有600 t级钢锭模结构,通过理论分析建立了适合低压转子用大钢锭凝固过程中传热及宏观偏析的数学模型。采用有限元数值模拟方法,利用Procast商业软件及自编专用程序分析了钢锭模的冷却条件、高径比、锥度对凝固过程温度分布、缩孔疏松及宏观偏析的影响规律。模拟结果及生产实践表明:现有600t级钢锭模结构比较合理,且数值模拟计算能够为生产提供理论依据与指导。     

重稀土蠕化剂在蠕墨铸铁钢锭模上的应用研究

浇注400mm×400mm×450mm的厚大断面蠕墨铸铁模拟试块,研究了3种不同稀土蠕化剂和冷铁对模拟试块组织和性能的影响。结果表明,使用冷铁可使共晶凝固开始时间提前30min,共晶凝固时间由4.2h缩短为1.25h;重稀土蠕化剂有良好的蠕化效果和抗衰退能力,模拟试块可获得最高的蠕化率和较好的组织均匀性。采用重稀土蠕化剂处理铁液试制了15t钢锭模,钢锭模附铸试块的蠕化率达到85%,力学性能达到RuT300水平。     

Numerical simulation of central shrinkage crack formation in a 234-t steel ingot

Central shrinkage crack is a common defect encountered in steel ingot casting. It is necessary to limit the degree of crack in case of further propagation in forging. A 234-t steel ingot was dissected to check the internal quality, and a central shrinkage crack band of 1,400 mm in height and 120 mm in width, was found at a distance of 450 mm under the riser bottom line. Then, thermo-mechanical simulation using an elasto-viscoplastic finite-element model was conducted to analyze the stress-strain evolution during ingot solidification. A new criterion considering mush mechanical property in the brittle temperature range as well as shrinkage porosity was used to identify the shrinkage crack potential, where the degree of shrinkage porosity is regarded as a probability factor using a modified sigmoid function. Different casting processes, such as pouring speed, mould preheating and riser insulation, were optimized with the simulation model. The results show that fast pouring, proper mould preheating and good riser insulation can alleviate shrinkage crack potential in the ingot center.     

Ti60合金VAR熔炼过程熔体流动与宏观偏析的数值模拟研究

真空自耗电弧熔炼 (Vacuum arc Remelting,VAR) 是生产钛合金铸锭最常用的方式之一,但由于其熔炼过程温度高且不透明,通过实验研究其熔炼过程中流体流动行为和宏观偏析存在困难。基于此,本工作以Ti60高温钛合金为例,通过数值模拟方法对VAR熔炼过程展开研究,同时探讨了熔炼电流和磁场搅拌强度对流体流动行为和宏观偏析的影响。结果表明,VAR熔炼钛合金时,熔池形状由“扁平状”逐渐向“V形”转变;凝固结束后铸锭锭底和边部Zr元素含量低,中心和冒口含量高。熔炼电流产生的洛伦兹力使熔体沿逆时针流动,且熔炼电流越大,熔体流动更剧烈;同时也导致铸锭中心和冒口处出现更为严重的宏观偏析。搅拌磁场产生的洛伦兹力作用于整个熔池,不仅促进了熔池上部熔体的流动,也有利于熔池下部熔体的流动;当无搅拌磁场和搅拌磁场较大时,都会导致Zr元素在铸锭中产生较为严重的宏观偏析。为有效控制VAR熔炼钛合金时宏观偏析缺陷的产生,应采取小熔炼电流和合适的搅拌强度。     

模壁厚度对大钢锭传热及疏松缩孔影响的数值模拟

为研究模壁厚度对大型钢锭内部传热及疏松缩孔的影响,本文建立了三种不同厚度的锭模,并利用ProCAST软件对72 t钢锭进行了模拟。通过分析热流密度、凝固场和缩孔分布等模拟结果,发现模壁厚度对钢锭底部热流密度影响较小。增大壁厚,在凝固前期钢锭的中上部热流密度较大,凝固末期钢锭中部的热流密度略有减小。增大壁厚会减少钢锭上部疏松、减小冒口中缩孔体积,但钢锭中下部易产生疏松。壁厚对安全距离影响很小。