宽厚板钢锭定向凝固的数值模拟

摘要

近年来，随着对钢材产品质量要求的提高，对相关冶炼工艺和设备的要求也逐步提高。定向凝固技术是一种适用于大型钢锭工业化生产和控制凝固组织结晶取向的一种工艺。 本文结合现场23t定向凝固钢锭的浇注凝固试验，参与设计了一套适合现场工艺和生产操作的定向凝固浇注凝固系统。建立了钢锭的有限元定向凝固模型；利用试验数据设置了相关的初始条件和边界条件；应用MARC软件对23t定向凝固钢锭的凝固过程进行了数值模拟；分析了钢锭温度场变化，描述了钢锭凝固的进程，模拟计算结果与试验结果相吻合，表明了凝固模拟计算的可行性；研究了定向凝固过程的必备条件，为锭型的设计以及浇注工艺参数的制定提供了依据，对指导现场生产具有一定的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

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第一章文献综述

1.1定向凝固技术介绍及特点

1.1.1定向凝固理论概述

1.1.2定向凝固技术的特点

1.2金属凝固原理

1.2.1铸锭的宏观组织

1.2.2铸锭组织的控制

1.3定向凝固技术的发展概况

1.3.1国外定向凝固技术的发展概况

1.3.2国内定向凝固技术的发展概况

1.3.3传统定向凝固技术与新型定向凝固技术的发展概况

1.4凝固过程研究方法及特点

1.4.1采用实验方法的研究方法及特点

1.4.2采用物理模拟的研究方法及特点

1.4.3采用数值模拟的研究方法及特点

1.5数值模拟技术在凝固方面的应用及其研究进展

1.6课题的提出及意义

第二章定向凝固技术生产宽厚板钢锭及相关工艺

2.1研究定向凝固技术生产宽厚板钢锭的背景

2.2钢锭及相关设计的确定

2.2.1钢锭铸型的设计原则

2.2.2钢锭重量及尺寸确定

2.2.3冷却方式的确定及设计

2.2.4浇注系统的设计

2.3设计的钢锭型图及尺寸

第三章宽厚板钢锭定向凝固的生产试验

3.1试验目的

3.2试验装置与原料

3.3试验过程

3.4试验数据及分析

3.5理论计算与试验数据对比

第四章材料物性参数选取与确定

4.1钢的物理参数的选取与确定

4.1.1固液相线温度计算及固相率的确定

4.1.2钢的导热系数的确定

4.1.3比热和潜热的确定

4.1.4密度和热膨胀系数的确定

4.2铸铁物性参数的选取与确定

4.2.1铸铁导热系数和比热的确定

4.2.2铸铁密度的确定

4.3绝热保温材料热物性参数的选取与确定

4.3.1绝热保温材料导热系数和比热的确定

4.3.2绝热保温材料密度的确定

第五章凝固过程的数值模拟

5.1物理过程描述

5.2计算的准备工作

5.2.1建模假设

5.2.2传热凝固模型的理论基础

5.2.3软件的选择与简介

5.3计算域有限单元网格

5.3.1计算格式的建立

5.3.2网格的建立

5.4边界条件的确定

5.4.1边界条件的分类与确定

5.4.2换热系数的计算

5.5初始条件的确定

5.6接触的设定

5.6.1接触问题的描述

5.6.2接触算法基本流程

5.6.3接触体分类

5.6.4接触表的设定

5.7模型的求解

第六章计算结果及分析

6.1定向凝固钢锭凝固进程

6.1.1钢锭全凝固时间

6.1.2钢锭温度场

6.1.3水冷底盘温度场

6.2模型验证

结论

参考文献

致谢