锌锭模的热力特性及其铸造数值模拟研究

摘要

锌锭模是锌冶炼的一种基本工装设备，广泛应用于各类冶炼厂。锌锭模在急热、急冷的工况条件下使用，温差变化大，在模具内部产生很大的热应力，最终因疲劳裂纹而失效。国内在此方面的研究主要集中在选用不同的材料来制造锌锭模、铝锭模等。本文通过有限元分析及实验，对锌锭模的失效机制及铸造工艺优化进行研究，研究结果可作为锌锭模设计制造参考依据。本文所述的主要内容如下：
　　 1、在锌锭模热力有限元模型建立的基础上，模拟分析了锌锭模在锌锭浇注过程中温度场、应力场，探讨模具在浇注过程中的应力、应变的变化规律。得到了模具上不同方向上的应力变化规律，查明了模具上应力最大的三个关键部位。同时发现随着锌锭模初始温度的提高，模具的最大应力成比例下降，随着锌液浇注温度的下降，最大应力也不断下降。
　　 2、通过对锌锭模铸造应力和组织性能的模拟，结合锌锭模在锌锭教主过程中应力能模拟结果，分析了锌锭模裂纹产生的原因，发现热冲击和疲劳是模具产生裂纹的主要原因，裂纹并不一定位于应力最大部位，而是位于应力较大，同时组织性能均较差的部位。
　　 3、分析了模具壁厚、内圆角半径大小等因素对模具应力的影响，提出了模具的结构设计的改进方案。