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锭重兼容式锭型设计对钢锭凝固质量的影响

发布日期：2016-05-17 来源：网络 作者：郑州中威环保设备有限公司

钢锭是大型铸锻件的主要原材料，其产品是国防***、石油化工、电力、核能、冶金、造船、铁路等工程装备的基础部件，也是工业产业链上不可或缺的原材料。不同行业对钢锭质量需求的多样性致使钢锭企业面临着钢锭生产覆盖重范围非常大且分布分离散、管理程序繁杂等问题。因此，一模多铸或锭重兼容式锭型设计就十分必要。 为了实现钢锭模兼容锭重、提高其身缠灵活性，以降低模具制造成本和管理难度，目前，兼容锭重主要通过调整锭模绝热板的嵌入高层度和浇高来实现。 一、锭重兼容式锭型设计思想 锭重兼容就是锭模必须具备一模多铸的特征。以39~45t模具钢锭为例，其锭重兼容式大型钢锭结构示意图，该锭重重兼容式钢锭模主体结构由冒口、固定模身、模底及不同配重垫圈组成，其锭型设计主要参数锭模不搭配重垫圈组成。锭模不搭配垫圈时可浇注39t钢锭，钢锭高度为2310mm，本体细长比为1.437，锥度为4.89%。冒容比14.52%。 浇注时通过冒口内不同浇高线维持冒容比为14.52%不变，以确保钢锭凝固质量，较终实现钢锭重兼容，一模多铸。 二、     计算方法 首先利用三维CAD软件建立锭重兼容式钢锭模及钢锭实体模型，通过软件一次进行网格划分、初始条件设置等前处理、模拟计算和后处理等计算工作。计算过程选用模型及控制方程。 1.     选取39、42、45t三个典型锭重的钢锭进行结果分析，分别对应钢锭固相率为15%、55%和95%。可以看出，3种钢锭的凝固顺序大致相同；轴向上，凝固进程由钢锭底部向钢锭的中线沿轴向推进；径向上，凝固由钢锭模壁处向钢锭的中心沿径向逐步进行；而钢锭上口处为较后凝固区。由于所用钢锭模锥度均在4.0%以上，导致其靠近冒口位置的钢水由于远离边界，且钢水在凝固时又释放出潜热，故此处散热速度小，冷却速度下降得较为平缓；且随着钢锭模锥度的减小和锭模本体高度的加大，靠近锭模处的钢水散热速度加快，凝固糊状区逐渐变窄，凝固进程较快；同时钢锭高度的变化会引起钢锭温度场发生变化。在钢锭凝固末期，由于所浇注钢锭锭重的增加，为了维持冒容比，其浇高逐渐加大，钢锭较后凝固区域随着钢锭本体高度的加大而趋向于细长化。42、45t的钢锭的较后凝固区域较39t钢锭分别增加了100~180mm，同时整体凝固时间增加了1493.6s、2137.6s。 2.     C元素宏观偏析结果分析 选取固相率为25%、65%和高标准的3个时刻研究C元素宏观偏析结果。C含量为0.38%~0.45%。可以看出，在凝固初期，只在钢锭底部附近出现负偏析；随着凝固进程推进，钢锭底部的负偏析消失，同时在钢锭模壁附近出现了负偏析；凝固至65%左右时，锭底及模壁负偏析变大，而在冒口附近出现正偏析。凝固至高标准左右时，在锭底及模壁附近的负偏析越来越严重，而位于冒口偏下处的钢水凝固速度滞后，导致此处晶粒结晶充分，是的钢锭轴线位置产生正偏析区域。因此可知，C正偏析的发生位置与钢锭的凝固顺序、进程密切相关。随着所浇注钢锭锭重的增加，其浇高逐渐加大，C偏析程度并无明显恶化，元素偏析分布范围变窄且沿轴线下移。这是因为随着锭重增加，钢锭较后凝固区域变窄且沿轴线下移，此处凝固时间较长，选分结晶充分，易于元素偏析的形成。 三、     结论 1.     锭重兼容式锭型参数的改变并没有改变钢锭的凝固顺序；随着钢锭高度的增加，钢锭较后凝固区范围向下延伸。 2.     采用锭重兼容型铸造39~45t钢锭时，钢锭细长比和浇高的变化对钢锭中C元素偏析程度的影响可以一定程度上相互抵消，钢锭整体的C元素偏析程度并未发生明显变化，但偏析产生区域沿轴线向下延伸。 3.     随着钢锭本体高度的加大，增强了冒口的补缩能力，缩短了一次缩孔高层度；同时，随着钢锭本体高度的增加，钢锭较后凝固区域未见变宽但沿轴向向下延伸，轴线缩松体积增加。  

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