无冒口钢锭凝固过程温度场数值模拟及应用
ZL102凝固过程瞬态温度场的模拟与验证
铸造过程数值模拟技术正逐渐成为铸造工艺设计 和优化的主要工具， 而凝固过程温度场的数值模拟是
１ 凝固过程数值模拟数学模型
其核心内容之一， 是预测缩孔、缩松、热裂和宏观偏 析等铸造缺陷 的基础［１－２］。自２０世纪６０年代以 来， 各国 学者围绕材料参数、初始条件、边界条件和结晶潜热 的处理方法， 各种数值算法的具体实现等问题， 对凝 固过程温度场的数值模拟开展了一 系列研究［３－７］。对于 凝固过程温度场的数值模拟， 目前的研究重点是如何 进 一 步 提 高 模 拟 精 度 和 计 算 效 率［８］。 笔 者 针 对 一 具 体 砂 型铸造工艺方案， 利用有限单元法进行凝固过程温度 场的数值模拟。模拟过程充分考虑材料和边界条件等 模拟参数的非线性特征， 采用等价比热容法处理结晶 潜热。同时， 对该铸造工艺进行测温实验， 测温曲线
开始浇注时， 砂型的初始温度为３０．０ ℃， ＺＬ１０２的 浇注温度为６８０．０ ℃， 三个热电偶的测量温度 （ 分别用 ＴＣ１Ｍ、ＴＣ２Ｍ和ＴＣ３Ｍ表示） 曲线如图２所示。
３ 温度场的数值模拟
３．１ 数值模拟已知条件 为保证模拟精度， 充分考虑了材料参数的非线性
特征， ＺＬ１０２和干砂型的密度、导热系数和比热容均随 温度变化， 具体数值如表１所示。ＺＬ１０２的固相线温度 为Ｔｓ＝５７４．０ ℃， 液相线温度为ＴＬ＝５８０．０ ℃， 结晶潜热为 Ｌ＝４８０．０ ｋＪ／ｋｇ。另 外 ， 砂 型 表 面 与 外 界 空 气 的 对 流 换 热系数为１５．０ Ｗ／ｍ２Ｋ。
ｃｐｅ＝ｃｐ－
Ｌ
"ｆｓ "Ｔ
（ ７）
若结晶潜热在凝固区间均匀释放， 则固相率ｆ（ｓ Ｔ） 与 温度Ｔ的关系满足式 （ ６） ， 此时等价比热容的表达式为：
材料数值模拟——温度场模拟
H
25
2-4不稳定导热的有限差分法 解题步骤
• 内节点和边界节点差分方程的建立
– 内节点一般采用直接法：即由导热微分方程直接用差 商代替微商，导出递推公式，也可采用热平衡法；
– 边界节点一般采用热平衡法，视具体边界建立相应的 能量方程
• 选择求解差分方程组矩阵的计算方法 • 编写计算程序 • 计算 • 计算结果的处理和分析讨论
解题步骤
• 分析和简化物理模型
– 判断问题属于稳态问题还是非稳态问题 – 有无内热源 – 适宜的坐标 – 判断边界条件的类型
• 数学模型的建立 一般模型： c T [ ( T ) ( T ) ( T ) ] Q .
x x y y z z
物性参数为常数： 1 T ( x 2T 2 y 2T 2 2 zT 2)Q
– 第三类边界条件：已知物体周围介质温度Tf\ 物体表面温度（ Tw ）以及物体表面与周围 介质间的放热系数。 qw= （ Tw - Tf\ ）
H
20
2-3传热问题的数值计算方法
• 分析解法
– 定义：以数学分析为基础，求解导热微分方程的定 解问题。
– 特点：求得的结果为精确解 – 不足：只能求解比较简单的导热问题，而对于几何
3
• 铸件凝固过程数值参模拟考，书陈海目清等，重庆大学出
版社，1991（TG21-C4-2）
• 焊接热过程数值分析，武传松，哈工大出版社， 1990（TG402-N74）
• 计算机在铸造中的应用，程军，机械工业出版社 ，1993（TG248-C73）
• 计算传热学，郭宽良，中国科学技术大学出版社 ，1988（TK124-43-G91）
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大型钢锭凝固过程三维数值模拟
大型钢锭凝固过程三维数值模拟
李文胜;沈丙振;周翔;沈厚发;柳百成
【期刊名称】《大型铸锻件》
【年(卷),期】2010(000)003
【摘要】开发了大型钢锭凝固过程三维模拟程序.利用本程序对53 t钢锭的凝固过程进行了模拟,预测的钢锭和锭模中典型测试点的冷却曲线、钢锭完全凝固时间及冒口一次缩孔形状等与商用有限元软件ProCAST的计算结果吻合良好.
【总页数】4页(P1-4)
【作者】李文胜;沈丙振;周翔;沈厚发;柳百成
【作者单位】清华大学机械工程系,北京100084;中信重工机械股份有限公司,河南471039;中信重工机械股份有限公司,河南471039;清华大学机械工程系,北京100084;清华大学机械工程系,北京100084
【正文语种】中文
【中图分类】TG156.3
【相关文献】
1.大型垂直定向凝固钢锭凝固过程数值模拟 [J], 徐建辉;孙利刚
2.工艺参数对电渣重熔空心钢锭凝固过程影响的数值模拟 [J], 陈旭;刘福斌;李星;景馨;姜周华
3.冒口对钢锭凝固过程固相转变影响的数值模拟 [J], 袁林华;于景坤;李志强
4.钢锭凝固过程中温度场和流场的数值模拟研究 [J], 赵静;周湛;张捷宇;翟启杰
5.大型铸钢轧辊三维充型与凝固过程数值模拟 [J], 孙逊;单永和
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u71mn大方坯凝固坯壳与结晶器铜管温度场的数值模拟
u71mn大方坯凝固坯壳与结晶器铜管温度场的数值模拟【实用版】目录一、引言1.1 研究背景1.2 研究目的1.3 研究方法二、大方坯凝固坯壳与结晶器铜管温度场模拟的基础理论2.1 大方坯凝固坯壳温度场的基础理论2.2 结晶器铜管温度场的基础理论三、数值模拟方法3.1 数值模拟的基本原理3.2 数值模拟的具体方法四、模拟结果与分析4.1 大方坯凝固坯壳温度场的模拟结果与分析4.2 结晶器铜管温度场的模拟结果与分析五、结论5.1 研究结论5.2 研究展望正文一、引言1.1 研究背景近年来，我国钢铁工业得到了快速发展，在产量和质量上都取得了显著的成果。
大方坯连铸是钢铁生产中的重要环节，其质量直接影响到后续钢材产品的性能。
因此，研究大方坯凝固坯壳与结晶器铜管温度场，对提高连铸坯质量具有重要意义。
1.2 研究目的本研究旨在通过数值模拟方法，研究大方坯凝固坯壳与结晶器铜管温度场，为优化大方坯连铸工艺提供理论依据。
1.3 研究方法本研究采用数值模拟方法，对大方坯凝固坯壳与结晶器铜管温度场进行模拟，并对模拟结果进行分析。
二、大方坯凝固坯壳与结晶器铜管温度场模拟的基础理论2.1 大方坯凝固坯壳温度场的基础理论大方坯凝固坯壳温度场模拟的基础理论主要包括热传导理论和凝固理论。
热传导理论主要研究热量在物体中的传递规律，而凝固理论主要研究物质从液态到固态的相变过程。
2.2 结晶器铜管温度场的基础理论结晶器铜管温度场模拟的基础理论主要包括热传导理论和热对流理论。
热传导理论同样研究热量在物体中的传递规律，而热对流理论主要研究流体中热量的传递规律。
三、数值模拟方法3.1 数值模拟的基本原理数值模拟的基本原理是将连续的物理量（如温度、压力等）离散化，通过求解离散方程组，得到离散点上的物理量分布。
3.2 数值模拟的具体方法本研究采用有限元法进行数值模拟。
首先建立几何模型和数学模型，然后对模型进行网格划分，最后求解离散方程组，得到温度分布。
HRB400钢连续铸造凝固过程数值模拟
HRB400钢连续铸造凝固过程数值模拟
徐卫平;伍权;肖纯
【期刊名称】《热加工工艺》
【年(卷),期】2009()11
【摘要】针对连铸坯凝固过程中存在的疏松、偏析、裂纹等问题,以现场实际连铸机为研究对象,依据120mm×120mmHRB400钢种的连铸工艺,利用有限元软件ANSYS,建立板坯连铸凝固过程的数学模型,确定了边界条件,初始条件,不同冷却段的表面热流,以及所研究钢种的物性参数,并对坯壳的厚度、温度场进行模拟。
模拟计算结果与实际铸机上的测试结果吻合较好,从而为调整连铸工艺参数,提高连铸坯质量找到依据。
【总页数】3页(P55-57)
【关键词】HRB400钢;连铸坯;凝固;传热模型;数值模拟
【作者】徐卫平;伍权;肖纯
【作者单位】贵州师范大学机电工程学院;贵州师范大学材料与建筑工程学院【正文语种】中文
【中图分类】TG249.7
【相关文献】
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连铸过程中板坯凝固的数值模拟
连铸过程中板坯凝固的数值模拟
QS C PVT
(5-10) 由式(5-9)与式(5-10)等量置换可得
f S C P T / L
(5-11) 此法采用固相率的增加来代替前热的放出，如果 f S 1 ，则表明该领域 V 的 凝固结束。
热焓法
凝固过程金属的焓可定义为
H cdT (1 f s ) L
L ——潜热， J / kg ；
f s ——固相率；
T ——温度， C ；
——时间， s ；
连铸过程中板坯凝固的数值模拟
——导热系数， W /(m K ) ；
x, y ——二维坐标， m 。
对于实用多元和金，要确定固相率和温度的关系，通常可以先采用热分析法 求出凝固开始温度 TL （液相线温度）和结束温度 TS （固相线温度），假定如下： (1)假定为线性分布时
式中， L ——补偿对流换热的等效导热系数；
m ——经验常数，钢液导入区， m 4 ~ 8 ；
S ——静止钢液的导热系数。
热物性参数的数值处理方法
由于导热系数、比热和密度是随温度变化的，其处理方法一般有常数法、线 形函数法和插值法等，在不同的温度区间内用二次曲线拟合的方法得到温度导热系数、温度-比热之间关系的曲线，来确定导热系数、比热值。 对于板坯密度的取值，可在不同相区内取不同的值。 (1) 固相区： S 7.6 10 3 kg / m 3 ；
空心钢锭凝固过程温度场模拟与缩孔、疏松预测
空心钢锭凝固过程温度场模拟与缩孔、疏松预测
张向琨;赵长春
【期刊名称】《铸造》
【年(卷),期】2000(49)6
【摘要】无
【总页数】1页(P344)
【作者】张向琨;赵长春
【作者单位】无
【正文语种】中文
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2.铸钢件凝固过程三维温度场热应力场的数值模拟与缩孔（松）热裂的判定
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大型垂直定向凝固钢锭凝固过程数值模拟
大型垂直定向凝固钢锭凝固过程数值模拟
徐建辉;孙利刚
【期刊名称】《上海电机学院学报》
【年(卷),期】2005(008)006
【摘要】采用顶注式对20MnMo钢进行定向凝固的试验,通过对试验结果解剖分析得出缩松缩孔缺陷出现的区域范围.同时通过PROCAST软件对试验过程进行了模拟.分析得出的缩松缩孔缺陷产生深度与实际情况基本相符.
【总页数】6页(P22-27)
【作者】徐建辉;孙利刚
【作者单位】上海电机学院科研处,上海,200240;上海电机学院招生就业处,上海,200240
【正文语种】中文
【中图分类】TF771.2
【相关文献】
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3.钢锭凝固过程中温度场和流场的数值模拟研究 [J], 赵静;周湛;张捷宇;翟启杰
4.大型圆台钢锭定向凝固的数值模拟 [J], 任子平;刘坤;刘鹏
5.大型钢锭凝固过程三维数值模拟 [J], 李文胜;沈丙振;周翔;沈厚发;柳百成
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无冒口钢锭凝固过程温度场数值模拟及应用
赵长春;顾江平
【期刊名称】《大型铸锻件》
【年(卷),期】1995(000)002
【摘 要】本文介绍了以数值模拟为工具开发的用于无冒口钢锭凝固过程温度场计
算及缩孔、疏松预测的应用软件，利用实际生产的无冒口钢锭及所制锻件的质量情
况了软件的可靠性，分析了部分工艺参数对无冒口钢锭内部质量的影响，提出了最
佳工艺方案。
【总页数】5页(P14-18)
【作 者】赵长春;顾江平
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中 文
【中图分类】TF771
【相关文献】
1.冒口对钢锭凝固过程固相转变影响的数值模拟 [J], 袁林华;于景坤;李志强
2.钢锭凝固过程中温度场和流场的数值模拟研究 [J], 赵静;周湛;张捷宇;翟启杰
3.钢锭凝固过程温度场数值模拟 [J], 王晓花;厉英
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5.锻造用钢锭凝固过程温度场数值模拟 [J], 董洁;袁守谦;邓林涛;刘晓燕
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