鄭州中威環(huán)保設備有限公司

鋼錠是大型鑄鍛件的主要原材料，其產(chǎn)品是國防***、石油化工、電力、核能、冶金、造船、鐵路等工程裝備的基礎部件，也是工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上不可或缺的原材料。不同行業(yè)對鋼錠質(zhì)量需求的多樣性致使鋼錠企業(yè)面臨著鋼錠生產(chǎn)覆蓋重范圍非常大且分布分離散、管理程序繁雜等問題。因此，一模多鑄或錠重兼容式錠型設計就十分必要。 為了實現(xiàn)鋼錠模兼容錠重、提高其身纏靈活性，以降低模具制造成本和管理難度，目前，兼容錠重主要通過調(diào)整錠模絕熱板的嵌入高層度和澆高來實現(xiàn)。 一、錠重兼容式錠型設計思想 錠重兼容就是錠模必須具備一模多鑄的特征。以39~45t模具鋼錠為例，其錠重兼容式大型鋼錠結(jié)構示意圖，該錠重重兼容式鋼錠模主體結(jié)構由冒口、固定模身、模底及不同配重墊圈組成，其錠型設計主要參數(shù)錠模不搭配重墊圈組成。錠模不搭配墊圈時可澆注39t鋼錠，鋼錠高度為2310mm，本體細長比為1.437，錐度為4.89%。冒容比14.52%。 澆注時通過冒口內(nèi)不同澆高線維持冒容比為14.52%不變，以確保鋼錠凝固質(zhì)量，較終實現(xiàn)鋼錠重兼容，一模多鑄。 二、     計算方法 首先利用三維CAD軟件建立錠重兼容式鋼錠模及鋼錠實體模型，通過軟件一次進行網(wǎng)格劃分、初始條件設置等前處理、模擬計算和后處理等計算工作。計算過程選用模型及控制方程。 1.     選取39、42、45t三個典型錠重的鋼錠進行結(jié)果分析，分別對應鋼錠固相率為15%、55%和95%�？梢钥闯�，3種鋼錠的凝固順序大致相同；軸向上，凝固進程由鋼錠底部向鋼錠的中線沿軸向推進；徑向上，凝固由鋼錠模壁處向鋼錠的中心沿徑向逐步進行；而鋼錠上口處為較后凝固區(qū)。由于所用鋼錠模錐度均在4.0%以上，導致其靠近冒口位置的鋼水由于遠離邊界，且鋼水在凝固時又釋放出潛熱，故此處散熱速度小，冷卻速度下降得較為平緩；且隨著鋼錠模錐度的減小和錠模本體高度的加大，靠近錠模處的鋼水散熱速度加快，凝固糊狀區(qū)逐漸變窄，凝固進程較快；同時鋼錠高度的變化會引起鋼錠溫度場發(fā)生變化。在鋼錠凝固末期，由于所澆注鋼錠錠重的增加，為了維持冒容比，其澆高逐漸加大，鋼錠較后凝固區(qū)域隨著鋼錠本體高度的加大而趨向于細長化。42、45t的鋼錠的較后凝固區(qū)域較39t鋼錠分別增加了100~180mm，同時整體凝固時間增加了1493.6s、2137.6s。 2.     C元素宏觀偏析結(jié)果分析 選取固相率為25%、65%和高標準的3個時刻研究C元素宏觀偏析結(jié)果。C含量為0.38%~0.45%�？梢钥闯觯�在凝固初期，只在鋼錠底部附近出現(xiàn)負偏析；隨著凝固進程推進，鋼錠底部的負偏析消失，同時在鋼錠模壁附近出現(xiàn)了負偏析；凝固至65%左右時，錠底及模壁負偏析變大，而在冒口附近出現(xiàn)正偏析。凝固至高標準左右時，在錠底及模壁附近的負偏析越來越嚴重，而位于冒口偏下處的鋼水凝固速度滯后，導致此處晶粒結(jié)晶充分，是的鋼錠軸線位置產(chǎn)生正偏析區(qū)域。因此可知，C正偏析的發(fā)生位置與鋼錠的凝固順序、進程密切相關。隨著所澆注鋼錠錠重的增加，其澆高逐漸加大，C偏析程度并無明顯惡化，元素偏析分布范圍變窄且沿軸線下移。這是因為隨著錠重增加，鋼錠較后凝固區(qū)域變窄且沿軸線下移，此處凝固時間較長，選分結(jié)晶充分，易于元素偏析的形成。 三、     結(jié)論 1.     錠重兼容式錠型參數(shù)的改變并沒有改變鋼錠的凝固順序；隨著鋼錠高度的增加，鋼錠較后凝固區(qū)范圍向下延伸。 2.     采用錠重兼容型鑄造39~45t鋼錠時，鋼錠細長比和澆高的變化對鋼錠中C元素偏析程度的影響可以一定程度上相互抵消，鋼錠整體的C元素偏析程度并未發(fā)生明顯變化，但偏析產(chǎn)生區(qū)域沿軸線向下延伸。 3.     隨著鋼錠本體高度的加大，增強了冒口的補縮能力，縮短了一次縮孔高層度；同時，隨著鋼錠本體高度的增加，鋼錠較后凝固區(qū)域未見變寬但沿軸向向下延伸，軸線縮松體積增加。