真空浇注过程控制技术研究.pdf

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1、《大型铸锻件》No．3HEAVYCASTINGANDF0RGINGMav2O15真空浇注过程控制技术研究金杨税远强段红玲(二重集团(德阳)重型装备股份有限公司，四川618013)摘要：通过理论计算、数值模拟和现场实际相结合的方式，对兑钢过程、真空浇注过程控制进行了分析研究，建立了数学模型，用于现场浇注过程的精确控制，并在生产实践中得到了很好的验证。关键词：真空浇注；过程控制；数学模型；数值模拟中图分类号：rF775．4文献标志码：BResearchonVacuumPouringProcessControllingTechnologyJinYang，ShuiYuanq

2、iang，DuanHonglingAbstract：Bycombiningthetheoreticalcalculationandthenumericalsimulationwiththeactualconditionsonsite，theprocesscontrolofmixingmoltensteelandvacuumpoutinghavebeenanalyzedandstudied．Amathematicalmodelusedforprecisecontrolofsitepouringprocesshasbeenestablishedandverifieddu

3、ringtheproductionpractice．Keywords：vacuulTIpouring；processcontrol；mathematicalmodel；numericalsimulation随着国家核电和石化工业的发展，用于锻件不同流动截面上的速度分布系数，其大小取决于产品的超大型钢锭的需求也逐渐增多，比如R数值；p为钢水的密度；Z为不同截面的高度；CAP1400百万千瓦级常规岛发电机转子就需要二2h失为两截面间的能量损失，h失=K—u2650t钢锭进行锻造，此类产品的性能和无损检测，K为出要求极高，也在客观上增加了大型钢锭生产的难口阻力系数，主要由

4、突然收缩造成，忽略塞杆的影度¨J。为适应市场的需求，我公司近年来钢锭响。的等级由200t级逐渐提升至600t级，而随着产通过换算及简化，可以得出：品自身质量要求的提升，对于钢锭浇注过程控制=的要求也在不断提升。本文通过理论计算、数值nCD(2)模拟和现场实际相结合的方式，对兑钢过程、真空式中C。=(+K)一，日为不同截面间的高度浇注过程控制进行了分析和研究，建立了数学模型，用于现场指导，并取得了较理想的成果。差。通过式(2)即可计算出不同钢液面下中间包的浇注速度。1真空浇注过程数学模型的建立钢水通过水口处的质量流量为：超大型钢锭的浇注过程一般需要多包浇注，：AJD三

5、：(3)dr。。若钢包衔接不及时则有可能导致断浇，或者将中式中A：为水口的截面积，r为浇注时间。间包的顶渣冲入钢水内被水口处的钢流吸入钢锭当流出钢水量为dM时，中间包内钢液面下模内形成夹杂物。为此，就需要精确掌握中间包降d日，则有的浇注速度和浇注时间，并以此控制大包的衔接。dM=一A。pdH(4)本文将真空浇注过程简化为钢水在真空条件下由依据式(2)～式(4)可以推导出：水口流出的过程，利用伯努利方程对真空浇注过程进行描述如下：r=[掣一2(App+gH0)1]㈣++gz·=++gZ2+h)当前工艺条件下，除了流尽前一段时间为层式中截面1为中间包钢液面，截面2为水口

6、处液流状态，其余全为紊流状态，此时：=1，依据R。和A2值，取K=0．075，计算得出cD=0．96。面；M、P分别为不同截面的流动速度和压力；为将实际数据带入式(2)、式(5)可得：收稿日期：2014—1O—31=3．92×(13．48+9．81H)丁一14．37(6)No．3《大型铸锻件》Mav2015HEAVYCASTINGANDF0RGING—l利用CFD软件自带的非稳态模型、k-8湍流U2=0．96×(26．96+l9．62×H)丁(7)模型以及VOF多相流模型对浇注过程进行模拟式中r为浇注时间，单位为min；为浇注速度，单计算研究。计算中假设中间包内由钢

7、水和钢渣组位为m／s；为钢液面高度。成，其高度各不相同，钢渣之上部分为空气，在浇使用公式对现场A、B、C三种锭型浇注时间注过程中水口始终处于全开状态，计算中未考虑的实际值与理论值进行对比，结果如表1所示。钢水对水口的冲刷。计算边界条件是压力入口为表1不同钢锭实际浇注时间与本地大气压强，出口条件为工艺要求的真空度。理论计算浇注时间比较结果2．2计算结果Table1Comparedresultsofactualpouringtimeandtheoreticalcalculatedpouringtime图3～图9分别为不同直径水口的下渣时刻fordiferenting