大型鋼錠凝固過(guò)程中宏觀(guān)偏析預(yù)測(cè)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(guān)偏析缺陷又難以通過(guò)后續(xù)的軋鋼工藝等過(guò)程來(lái)消除。要獲得鍛造所需的優(yōu)質(zhì)鋼錠，就必須對(duì)鋼錠凝固過(guò)程中的溶質(zhì)分布規(guī)律進(jìn)行預(yù)測(cè)和控制。鋼錠凝固是在鑄型內(nèi)的高溫狀態(tài)下進(jìn)行的，難以直接觀(guān)察和檢測(cè)。在大多數(shù)情況下，采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)及實(shí)物研究非常困難。
　　本文以大型鋼錠的凝固過(guò)程中的碳偏析為研究對(duì)象，通過(guò)建立鋼錠凝固模型并利用proc

2、ast軟件對(duì)其凝固過(guò)程的溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬。本文利用濃化時(shí)間法預(yù)測(cè)了計(jì)算模型中偏析產(chǎn)生可能性較大的部位。在濃化時(shí)間法的基礎(chǔ)上，發(fā)展了改進(jìn)的濃化時(shí)間法預(yù)測(cè)鋼錠的頭部正偏析，對(duì)模型計(jì)算的結(jié)果表明，改進(jìn)的濃化時(shí)間法設(shè)計(jì)思想清晰，計(jì)算簡(jiǎn)便、計(jì)算速度快，并能夠模擬出鋼錠凝固過(guò)程中溶質(zhì)的富集過(guò)程。在進(jìn)一步的探討偏析過(guò)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(jì)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?duì)大型鋼錠凝固過(guò)程溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬計(jì)算。本文利用procast軟件，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的600T大型鋼錠的凝固過(guò)程進(jìn)行了模擬計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，其凝固過(guò)程能夠滿(mǎn)足現(xiàn)在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的工藝條件。并在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)的導(dǎo)出。
　　②利用濃化時(shí)間法對(duì)各部位的濃化時(shí)間進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，冒口中央部位附近經(jīng)歷的濃化時(shí)間較長(zhǎng)，出現(xiàn)偏析的可能性較大，這是宏觀(guān)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(dǎo)致的結(jié)果。
　?、劾酶倪M(jìn)的濃化時(shí)間法對(duì)凝固模型進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明，改進(jìn)的濃化時(shí)間法能夠模擬出大型鋼錠凝固過(guò)程中溶質(zhì)富集的實(shí)際過(guò)程，且計(jì)算簡(jiǎn)便、計(jì)算速度快。
　?、芡ㄟ^(guò)對(duì)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(guò)程，總結(jié)出代數(shù)方程數(shù)學(xué)模型對(duì)大型鋼錠凝固過(guò)程中溶質(zhì)分布進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算過(guò)程表明，代數(shù)方程數(shù)學(xué)模型可以簡(jiǎn)化微分方程數(shù)學(xué)模型在數(shù)值計(jì)算中離散化的步驟。計(jì)算結(jié)果表明，隨著時(shí)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(guò)程都會(huì)引起液相平均濃度的升高，凝固的固相濃度也隨凝固時(shí)間的增加逐步升高。
　?、輰?duì)鋼錠凝固過(guò)程中枝晶的沉降規(guī)律進(jìn)行了研究，總結(jié)出預(yù)測(cè)鋼錠底部負(fù)偏析沉積錐的計(jì)算方法。計(jì)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(fù)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(fù)偏析沉積錐作用的影響下，錠身濃度增加，但對(duì)鋼錠頭部正偏析的影響不如錠身明顯。
　　⑥鋼錠凝固過(guò)程中產(chǎn)生的倒V型