電磁離心鑄造熱流磁耦合數(shù)值模擬.pdf

1、軋輥是使(軋材)金屬產(chǎn)生塑性變形的工具,是決定軋機(jī)效率和軋材質(zhì)量的重要消耗部件。高速鋼軋輥已廣泛應(yīng)用于軋鋼生產(chǎn),這與高速鋼軋輥良好的耐磨性以及它具有的與傳統(tǒng)軋輥明顯不同的特點(diǎn)是分不開(kāi)的。由于離心鑄造法生產(chǎn)復(fù)合軋輥具有生產(chǎn)效率高、軋輥強(qiáng)度好等諸多優(yōu)點(diǎn),目前我國(guó)絕大多數(shù)軋輥廠均采用離心鑄造法生產(chǎn)高速鋼復(fù)合軋輥。在高速鋼軋輥離心鑄造中加入電磁攪拌,可以達(dá)到改善鑄態(tài)組織,減輕偏析和提高軋輥性能的目的。但由于離心鑄造的受力復(fù)雜、高速高溫和不透明等

2、原因,很難觀察和測(cè)定金屬液的充型規(guī)律。計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)的應(yīng)用為科研人員對(duì)離心鑄造充型和凝固過(guò)程的認(rèn)識(shí)提供了新的方法,也為鑄造工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供重要指導(dǎo)。
　　本論文以高速鋼復(fù)合軋輥外層的臥式離心鑄造為研究對(duì)象,采用大型CFD軟件Fluent對(duì)離心鑄造和電磁離心鑄造的充型凝固過(guò)程進(jìn)行了熱流磁耦合數(shù)值模擬分析,并進(jìn)行了部分實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。旨在探索離心鑄造和電磁離心鑄造的充型凝固過(guò)程的基本規(guī)律,并研究電磁場(chǎng)對(duì)離心鑄造的充型凝固過(guò)程的影響規(guī)律

3、。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)建立了在重力、離心力和電磁力共同作用下,高速鋼復(fù)合軋輥臥式離心鑄造在凝固過(guò)程中金屬液傳熱和流動(dòng)的三維耦合數(shù)學(xué)模型和物理模型以及設(shè)置了需要考慮的邊界條件。
　　(2)流場(chǎng)分析結(jié)果表明,金屬液從澆口處呈拋物線流入高速旋轉(zhuǎn)著的鑄型內(nèi),緊貼鑄型內(nèi)壁面并以螺旋線的形式沿軸向運(yùn)動(dòng)。金屬液的最大速度和鑄型內(nèi)層的轉(zhuǎn)速相同,金屬液自由液面有上下壓差的存在使得液面呈偏心分布,這種偏心現(xiàn)象會(huì)隨著鑄型轉(zhuǎn)速的提高而減弱

4、,并得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　(3)溫度場(chǎng)分析結(jié)果表明,高速鋼復(fù)合軋輥在凝固過(guò)程中,溫度分布是非均勻的,在軸向上為兩端向中間的凝固順序,在徑向上為軋輥外徑向內(nèi)徑的凝固順序。轉(zhuǎn)速越大,溫度下降得越快。
　　(4)將電磁場(chǎng)引入離心鑄造,進(jìn)行了電磁、流動(dòng)和傳熱的多重耦合計(jì)算,并與無(wú)磁場(chǎng)情況下的模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較分析,結(jié)果表明:在同一位置點(diǎn)的某一確定澆注時(shí)刻,電磁離心鑄造與普通離心鑄造的鑄型內(nèi)部壁面金屬液流的絕對(duì)壓力有一定差異,金屬