本文關(guān)鍵詞：鐵質(zhì)材料凝固熱作用模擬及在磷鐵澆鑄炭塊與磨球鑄造中的應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： 凝固過(guò)程 澆鑄冷卻 熱應(yīng)力場(chǎng) 磨球鑄造 模擬仿真

【摘要】：電解鋁工業(yè)的核心設(shè)備是鋁電解槽及磷鐵澆鑄炭塊,其制造生產(chǎn)技術(shù)水平的發(fā)展和進(jìn)步是電解鋁生產(chǎn)技術(shù)水平的主要標(biāo)志。鋁電解槽及磷鐵澆鑄炭塊內(nèi)存在多種物理場(chǎng),其內(nèi)發(fā)生的多種物理化學(xué)反應(yīng),是多物理場(chǎng)耦合作用的結(jié)果,它們對(duì)鋁電解槽及磷鐵澆鑄炭塊過(guò)程的生產(chǎn)能耗、槽使用壽命和生產(chǎn)效率有著顯著的影響。因此,建立精準(zhǔn)的鋁電解槽及磷鐵澆鑄炭塊的多場(chǎng)耦合仿真模型對(duì)開發(fā)出高產(chǎn)率、高效率、長(zhǎng)壽命、低能耗的新式鋁電解槽意義十分重大。本文主要以優(yōu)化鑄鐵凝固熱作用為目的,通過(guò)SolidWorks和ANSYS有限元軟件對(duì)凝固過(guò)程進(jìn)行熱場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的模擬分析,并對(duì)其在鋁電解工業(yè)中磷生鐵澆鑄過(guò)程和磨球鑄鐵的凝固過(guò)程中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。本文主要研究了陰極炭塊和陰極鋼棒在不同預(yù)熱溫度下(22℃、200℃、400℃、500℃、550℃、600℃),進(jìn)行磷生鐵澆鑄及冷卻過(guò)程時(shí),陰極組溫度和應(yīng)力的分布及變化特征。模擬結(jié)果顯示,隨著預(yù)熱溫度的不斷升高,磷生鐵澆鑄后冷卻至室溫所需時(shí)間將不斷延長(zhǎng),并且陰極炭塊和陰極鋼棒受到的最大應(yīng)力隨著預(yù)熱溫度的升高,逐漸降低�？梢钥闯�,預(yù)熱溫度越高,陰極組所受最大應(yīng)力越小,陰極炭塊發(fā)生開裂的幾率越低。本文還對(duì)同一預(yù)熱溫度和相同冷卻時(shí)間的陰極炭塊和陰極鋼棒在進(jìn)行磷生鐵澆鑄時(shí),通過(guò)改變磷生鐵的澆鑄厚度(10 mm、2.5 mm、15 mm),對(duì)陰極組溫度變化和應(yīng)力變化特征進(jìn)行了模擬分析,結(jié)果顯示隨著磷生鐵澆鑄厚度的增加,陰極炭塊的溫差逐漸增大,最大應(yīng)力降低,緩解了澆鑄炭塊時(shí)開裂現(xiàn)象的發(fā)生。此外,通過(guò)改變陰極炭塊、陰極鋼棒和磷生鐵三者接口處的形狀可以發(fā)現(xiàn),與傳統(tǒng)的方形接口相比,改進(jìn)后的弧形接口能夠明顯降低陰極炭塊的最大應(yīng)力。此外,本文還對(duì)ZQQTB中錳合金鑄鐵磨球和ZQCr2低鉻合金鑄鐵磨球的鑄造工藝及凝固熱作用進(jìn)行了模擬研究,對(duì)凝固過(guò)程中缺陷產(chǎn)生的位置進(jìn)行了預(yù)測(cè),產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析。并通過(guò)增加上鐵模及砂套,縮短內(nèi)澆道尺寸等措施對(duì)澆鑄系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化,并對(duì)其進(jìn)行了模擬分析,結(jié)果顯示模擬結(jié)果與實(shí)際的澆鑄結(jié)果相吻合。
【關(guān)鍵詞】：凝固過(guò)程 澆鑄冷卻 熱應(yīng)力場(chǎng) 磨球鑄造 模擬仿真
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG24;TF821
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-31
• 1.1 概述11-17
• 1.1.1 鋁電解工業(yè)中磷鐵澆鑄炭塊生產(chǎn)簡(jiǎn)介11-14
• 1.1.2 我國(guó)鋁電解槽及磷鐵澆鑄炭塊的發(fā)展及現(xiàn)狀14-15
• 1.1.3 槽破損的原因分析及提高槽壽命的研究15-16
• 1.1.4 磨球鑄鐵凝固熱作用及其模擬分析16-17
• 1.2 國(guó)內(nèi)外對(duì)鋁電解槽及磷鐵澆鑄炭塊力學(xué)性能的分析17-18
• 1.2.1 主要結(jié)構(gòu)和力學(xué)特征17
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)外分析研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3 鋁電解槽及磷鐵澆鑄炭塊熱-應(yīng)力仿真研究進(jìn)展18-26
• 1.3.1 仿真研究的意義18
• 1.3.2 物理場(chǎng)特性18-19
• 1.3.3 溫度場(chǎng)模擬仿真研究進(jìn)展19-22
• 1.3.4 應(yīng)力場(chǎng)模擬仿真研究進(jìn)展22-26
• 1.4 鋁電解槽及磷鐵澆鑄炭塊模擬仿真存在的主要問題26-27
• 1.5 凝固熱在合金鑄鐵磨球生產(chǎn)中的作用及其模擬27-30
• 1.5.1 磨料的磨損機(jī)理及影響因素28
• 1.5.2 磨球鑄鐵分類及生產(chǎn)模擬分析28-30
• 1.6 本文主要研究?jī)?nèi)容30-31
• 第二章 鋁電解槽及磷鐵澆鑄炭塊數(shù)學(xué)物理模型31-41
• 2.1 有限元概論31-33
• 2.1.1 有限元簡(jiǎn)介31-32
• 2.1.2 有限元的局限性與優(yōu)越性32-33
• 2.2 鋁電解槽及磷鐵澆鑄炭塊三維物理模型的建立33-34
• 2.2.1 三維1/4鋁電解槽及磷鐵澆鑄炭塊模型33-34
• 2.2.2 三維陰極炭塊模型34
• 2.3 鋁電解槽及磷鐵澆鑄炭塊三維數(shù)學(xué)模型的建立34-37
• 2.3.1 熱場(chǎng)控制方程35-36
• 2.3.2 應(yīng)力場(chǎng)控制方程36-37
• 2.4 邊界條件37-38
• 2.4.1 導(dǎo)熱邊界條件37
• 2.4.2 應(yīng)力邊界條件37-38
• 2.5 主要材料的熱物性參數(shù)38-40
• 2.6 本章小結(jié)40-41
• 第三章 磷鐵澆鑄炭塊陰極組仿真分析41-53
• 3.1 磷鐵澆鑄炭塊陰極組熱-應(yīng)力分析41-45
• 3.1.1 陰極組模型簡(jiǎn)化41-42
• 3.1.2 陰極炭塊應(yīng)力分析42-43
• 3.1.3 計(jì)算結(jié)果與分析43-45
• 3.2 磷生鐵厚度和燕尾槽形狀改變對(duì)陰極組熱應(yīng)力的影響45-49
• 3.2.1 磷生鐵澆鑄厚度改變對(duì)陰極組溫度和應(yīng)力的影響46-47
• 3.2.2 燕尾槽形狀改變對(duì)陰極組溫度和應(yīng)力的影響47-49
• 3.3 磷鐵澆鑄炭塊后溫度變化的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證49-50
• 3.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置及技術(shù)路線49
• 3.3.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果及分析49-50
• 3.4 本章小結(jié)50-53
• 第四章 ZQQTB磨球鑄鐵的數(shù)值模擬53-61
• 4.1 引言53
• 4.2 原方案模擬與分析53-57
• 4.2.1 原工藝及三維模型的建立53-54
• 4.2.2 鑄造工裝設(shè)計(jì)及剖分54-55
• 4.2.3 流場(chǎng)模擬55
• 4.2.4 溫度場(chǎng)模擬55-57
• 4.3 鑄造工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)57-59
• 4.3.1 工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)57-59
• 4.3.2 優(yōu)化方案模擬及結(jié)果對(duì)比59
• 4.4 本章小結(jié)59-61
• 第五章 ZQCr_2磨球鑄鐵數(shù)值模擬61-69
• 5.1 鉻系鑄鐵61-62
• 5.2 原方案模擬與分析62-66
• 5.2.1 原工藝及三維模型的建立62-63
• 5.2.2 鑄造工裝設(shè)計(jì)及剖分63-64
• 5.2.3 流場(chǎng)模擬64-65
• 5.2.4 溫度場(chǎng)模擬65-66
• 5.3 鑄造工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)66-68
• 5.3.1 工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)66-68
• 5.3.2 優(yōu)化方案模擬及結(jié)果對(duì)比68
• 5.4 本章小結(jié)68-69
• 第六章 結(jié)論與展望69-71
• 6.1 全文結(jié)論69
• 6.2 展望和建議69-71
• 致謝71-73
• 參考文獻(xiàn)73-81
• 附錄81

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 ;土法生產(chǎn) 鋁槽炭塊[J];有色金屬(冶煉部分);1958年13期

2 陳壹華;;用粘結(jié)性煤制取炭塊的可行性探討[J];炭素技術(shù);1992年04期

3 潘昌勇;;一種新型炭塊解組清理機(jī)組的方案設(shè)計(jì)[J];機(jī)械工程師;2011年03期

4 崔學(xué)禮;;談炭塊空頭產(chǎn)生原因和防止辦法[J];炭素技術(shù);1986年03期

5 肖慧敏;微孔炭塊微氣孔形成機(jī)理研究[J];武鋼技術(shù);1996年03期

6 詹曉明;高爐炭塊抗氧化性能研究[J];煉鐵;1991年05期

7 劉瑞周;;鋁用炭塊電解試驗(yàn)[J];炭素技術(shù);1993年04期

8 陳文,陳前琬,李孜,龐振平;微孔模壓小炭塊的開發(fā)與應(yīng)用[J];煉鐵;2001年05期

9 萬(wàn)小平;高爐環(huán)形炭塊尺寸的設(shè)計(jì)及計(jì)算[J];武鋼技術(shù);2003年06期

10 寧前進(jìn);炭塊堆存工藝方案的選擇[J];有色金屬設(shè)計(jì);2004年03期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 趙紅軍;;關(guān)于加大預(yù)焙炭塊碗直徑和增加碗中斜槽數(shù)量在節(jié)能降耗方面的重要作用論證和實(shí)踐[A];合作 發(fā)展 創(chuàng)新——2008(太原)首屆中西部十二省市自治區(qū)有色金屬工業(yè)發(fā)展論壇論文集[C];2008年

2 李澎;趙紅江;師世釗;劉紅升;郭耀晨;;增高陽(yáng)極炭塊在生產(chǎn)實(shí)踐中的運(yùn)用[A];全國(guó)鋁電解槽生產(chǎn)技術(shù)與操作技術(shù)學(xué)術(shù)報(bào)告和經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)論文集[C];2007年

3 孔強(qiáng);;焙燒烘爐炭塊氧化原因分析[A];2013年7月建筑科技與管理學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2013年

4 王奎;;高爐炭塊監(jiān)制程序及方法的探討[A];第十三屆全國(guó)耐火材料青年學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)暨2012年六省市金屬（冶金）學(xué)會(huì)耐火材料學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2012年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前9條

1 成吉昌 周麗華;開辟邁向機(jī)床高地新通道[N];中國(guó)質(zhì)量報(bào);2012年

2 記者 魏雙林;冀炭打造誠(chéng)信平臺(tái)[N];中國(guó)冶金報(bào);2003年

3 魏雙林;跳起來(lái)，，才能摘到好果子[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2004年

4 牛天倉(cāng);魯山方圓集團(tuán)“全數(shù)控”使炭塊加工精細(xì)化[N];中國(guó)冶金報(bào);2007年

5 記者 魏雙林;冀州炭素公司以“新”動(dòng)人[N];中國(guó)冶金報(bào);2004年

6 魏雙林;“合力”西進(jìn)看重信息[N];中國(guó)鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)報(bào);2001年

7 王亞萍;追求到永遠(yuǎn)[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2004年

8 劉臻;非常之時(shí) 非常之力 非常之功[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2010年

9 高彥軍 冀國(guó)軍;閃閃發(fā)光的“金鑰匙”[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2005年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 張艷華;鐵質(zhì)材料凝固熱作用模擬及在磷鐵澆鑄炭塊與磨球鑄造中的應(yīng)用[D];昆明理工大學(xué);2016年

本文編號(hào)：1093255