数值模拟在大钢锭制造中的应用.pdf

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1、No．2《大型铸锻件》March2012HEAVYCASTINGANDFORGING数值模拟在大钢锭制造中的应用赵艳红高建军王欢(中国一重集团天津重型装备工程研究有限公司，天津300457)摘要：针对现有600t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。关键词：钢锭模结构；大钢

2、锭凝固；数值模拟中图分类号：0242文献标识码：BApplicationofNumericalSimulationtoLargeSteelIngotManufacturingZhaoYanhong，GaoJianjan，WangHuanAbstract：Aimingatthemoldstructureof600tonsteelingot，themathematicalmodelforheattransferandmacro．segregationinsolidificationprocessoflargesteelingotforlow—voltagerotorwase

3、stablishedbytheoreticalanalysis．Fi-niteelementmethodwasusedinnumericalsimulation，andtheinfluenceofsteelingotmoldcoolingconditions，heightdiameterratioandtaperonthetemperaturedistribution，shrinkageandmacro·segregationduringsolidificationprocesswasanalyzedbyProcastcommercialsoftwareandself-

4、specificprocedure．Theresultsofnumericalsimulationandpro-ductivepracticeshowthatthemoldstructureof600tonsteelingotisfeasible，andthenumericalsimulationcouldpro-videtheoreticalbasisandguideformanufacturing．Keywords：steelingotmoldstmcture；largeingotsolidification；numericalsimulation在重型装备制造冶金

5、技术领域，国内急需的质量锻件的重要保证J。百万千瓦级核电机组常规岛低压整体转子锻件、本文以百万千瓦核电转子锻造用大型钢锭的发电机转子、核电接管段以及5．51"I1支承辊等特凝固过程为研究对象，采用数值模拟研究方法，通大锻件，都需要600t级特大钢锭。超大钢锭的制过建立凝固过程中的凝固传热及宏观偏析的数学造技术已成为制约我国重点工程发展的瓶颈，突模型，再利用各种铸造质量缺陷形成的理论及判破这一共性技术难题，是实现超大型锻件国产化据_3J，讨论了钢锭模的冷却条件、高径比、锥度等的关键。不掌握该项技术，我国能源、冶金等行业参数对凝固过程温度分布、缩孔疏松及宏观偏析所需的关键超

6、大锻件就不可能实现国产化。的影响，为优化钢锭模结构并最终获得高质量的百万千瓦级核电机组常规岛低压整体转子所大型钢锭奠定基础。需锻件毛坯重量大、截面尺寸大、技术要求高。由1大钢锭凝固过程传热的数学模型于钢锭的凝固过程是一个涉及高温、合金相变及大钢锭凝固是一个复杂的物理过程，为了建合金与模壁材料相互作用的复杂过程，而锻件所立传热模型，现对钢锭的凝固过程简化如下：需钢锭为600t级水平的超大型钢锭，因此，更加(1)由于大型钢锭的浇注时间远小于钢锭的难以直接观察和控制。同时，由于钢锭较大，钢锭凝固时间，为简化分析，忽略充型对凝固过程的影凝固过程中的偏析、缩孔、疏松、气泡、夹杂等

7、质量响，仅对浇注完之后钢液的凝固传热过程建立数问题将更加严重¨]，这与要求高质量的后续产品学模型；形成尖锐的矛盾。尤其是大型锻造用钢锭，成本(2)凝固过程的潜热释放按热焓法处理；很高，一旦报废经济损失巨大。因此，研究和掌握(3)忽略锭模内钢液的流动对凝固传热的影钢锭凝固过程的规律，弄清缺陷形成及分布规律，响。并在此基础上优化生产工艺参数及钢锭模尺寸，针对535t大钢锭建立几何模型，如图1所示。对于控制钢锭的质量具有重要意义，也是获得高考虑到轴对称的特点，取钢锭的1／8进行计算。收稿日期：2011--09--0512No．2《大型铸锻件》M