【摘要】：本研究針對(duì)江蘇某特殊鋼企業(yè)(以下簡(jiǎn)稱某特鋼)大鋼錠生產(chǎn)所面臨的缺陷率高、鋼錠成材率低、探傷合格率低等問(wèn)題,選取17CrNiMo6鋼種的21噸和6.8噸兩個(gè)錠型,利用ProCAST軟件對(duì)鋼錠澆鑄、凝固過(guò)程的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)及影響缺陷的工藝因素進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)合熱物性參數(shù)及輔助材料的性能測(cè)定和現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)驗(yàn)證,探討了影響大鋼錠凝固質(zhì)量和缺陷的成因,提出了工藝優(yōu)化方案和改進(jìn)建議。主要的研究結(jié)果如下:(1)針對(duì)17CrNiMo6鋼21噸錠型的中心疏松缺陷,分別對(duì)三維溫度場(chǎng)、熱流密度、固相率和澆注溫度、澆注速度和錠模的高徑等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化模擬。結(jié)果表明:當(dāng)澆注溫度為1545℃、錠身澆注速度為25kg/s和高徑比為1.86時(shí),鋼錠的中心疏松缺陷的預(yù)測(cè)結(jié)果為缺陷占錠身總體積比優(yōu)化前下降了0.55%,缺陷所占體積比優(yōu)化前減少了約30%�，F(xiàn)場(chǎng)紅外測(cè)溫曲線與模擬溫度曲線擬合度達(dá)到96%,各工藝因素對(duì)鋼錠中心缺陷影響程度的大小順序依次確定為:高徑比澆注溫度澆注速度。(2)對(duì)輔助材料的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了分析,測(cè)定了絕熱板的密度、絕熱板導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線以及保護(hù)渣的熔點(diǎn)熔速和結(jié)晶性能等參數(shù)。結(jié)果表明:絕熱板的導(dǎo)熱系數(shù)都優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)要求,選擇2#絕熱板更有利于凝固過(guò)程傳熱穩(wěn)定;待選保護(hù)渣中的2#保護(hù)渣熔點(diǎn)為1162℃,熔速為76s,結(jié)晶性能最好,選擇它更合適。(3)針對(duì)錠尾皮下夾渣質(zhì)量缺陷,選取6.8噸錠型對(duì)可能存在的缺陷及位置進(jìn)行了預(yù)測(cè)。確認(rèn)倒角連接是影響熱流分布及鋼液初期翻滾程度的主因,提出了保護(hù)渣采用懸掛方式添加以及鋼錠與底盤采用倒角連接來(lái)降低卷渣量,減少錠尾夾渣。結(jié)果表明:提高錠模初溫至600℃時(shí),可以使倒角處底部鋼錠坯殼冷凝時(shí)間推遲500s;錠模與底盤處采用倒角連接比無(wú)倒角更利于減少錠尾皮下夾渣,且倒角R=150mm時(shí)缺陷率由1.509%減低到1.423%。(4)針對(duì)6.8噸鋼錠冒容比偏大帶來(lái)的系列問(wèn)題,對(duì)不同冒容比參數(shù)下的熱傳遞、冒口鋼液收縮、冒口凝固過(guò)程、縮孔深度及冒口缺陷的變化規(guī)律進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明:(1)絕熱板下端設(shè)計(jì)成30°楔形狀,增加了冒口線處的鋼液接觸面積,有利于冒口鋼液的補(bǔ)縮;(2)將冒口澆高從350mm降低至320mm,同時(shí)使絕熱板厚度從50mm增加至80mm,優(yōu)化后的工裝工藝可以使冒口縮孔深度從216.61mm降低到了61.76mm,鋼錠切頭率可以從12%降到9.56%,鋼錠的利用率增加。大鋼錠皮下夾渣、縮松等質(zhì)量缺陷,嚴(yán)重影響鋼錠成材率。采用ProCAST軟件對(duì)可能存在的缺陷及位置進(jìn)行預(yù)測(cè)并對(duì)凝固過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬,并用現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)獲得驗(yàn)證,獲得更適宜的工藝參數(shù)來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn),可以有效降低成本,避免實(shí)驗(yàn)研究高溫下可操作性問(wèn)題。
【圖文】：

湯道；6-底盤Fig.1.1 The bottom gating diagram ofingot casting圖 1.2 某特鋼廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)圖Fig.1.2 The production site of one certainspecial steel plant鋼錠模鑄的輔助材料主要有惰性氣體、保護(hù)渣、絕熱板和發(fā)熱劑。其中性氣體的目的是保護(hù)鋼液不被二次氧化，一般為氬氣保護(hù)罩在澆注平臺(tái)上使保護(hù)渣是防止錠模中的鋼液被二次氧化，添加方式有懸掛法和直接平鋪法。板內(nèi)襯于錠模冒口處，目的是減緩冒口處的鋼液凝固速度，有利于鋼液的補(bǔ)發(fā)熱劑用于澆注完成初期，可以為冒口鋼液提供外部的熱量，目的也是減緩處的鋼液凝固速度。相比較于連鑄生產(chǎn)，模鑄生產(chǎn)有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)[4]：1）用鑄造方法成形的毛坯，其尺寸和形狀接近成品零件；2）鑄件質(zhì)量可通過(guò)采用不同性能、不同的鑄造合金得到提高；3）由于不受毛坯的重量、尺寸和形狀的限制，因此具活的生產(chǎn)性；4）生產(chǎn)投入資金少，且具有較短的周期。(2)主要技術(shù)要求：

湯道；6-底盤Fig.1.1 The bottom gating diagram ofingot casting圖 1.2 某特鋼廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)圖Fig.1.2 The production site of one certainspecial steel plant鋼錠模鑄的輔助材料主要有惰性氣體、保護(hù)渣、絕熱板和發(fā)熱劑。其中性氣體的目的是保護(hù)鋼液不被二次氧化，一般為氬氣保護(hù)罩在澆注平臺(tái)上使保護(hù)渣是防止錠模中的鋼液被二次氧化，添加方式有懸掛法和直接平鋪法。板內(nèi)襯于錠模冒口處，目的是減緩冒口處的鋼液凝固速度，有利于鋼液的補(bǔ)發(fā)熱劑用于澆注完成初期，可以為冒口鋼液提供外部的熱量，目的也是減緩處的鋼液凝固速度。相比較于連鑄生產(chǎn)，模鑄生產(chǎn)有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)[4]：1）用鑄造方法成形的毛坯，，其尺寸和形狀接近成品零件；2）鑄件質(zhì)量可通過(guò)采用不同性能、不同的鑄造合金得到提高；3）由于不受毛坯的重量、尺寸和形狀的限制，因此具活的生產(chǎn)性；4）生產(chǎn)投入資金少，且具有較短的周期。(2)主要技術(shù)要求：
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TF77

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2700865