隨著我國航天航空及國防工業(yè)的快速發(fā)展,對精密合金的需求量不斷增加,且對精密合金的品質(zhì)以及物理性能要求也越來越高。為滿足日益增長的需求量,真空感應爐作為冶煉精密合金的重要設備,其容積在持續(xù)的增大,且澆注過程也逐步借鑒成熟的連鑄中間包工藝,并在較大型的爐子上取得了一定的冶金效果。但對于生產(chǎn)牌號多、需求量小而品質(zhì)要求高的精密合金的小型真空感應爐,在澆注過程中對其工藝的借鑒還尚不成熟,且存在一定問題。課題以某精密合金廠1.3t真空感應爐所使用的單流中間包為研究對象,采用物理模擬和數(shù)值模擬的方法,對中間包結(jié)構(gòu)及控流裝置進行分析與研究,并將得到的最優(yōu)方案改良后進行了工業(yè)試驗。其中,物理模擬利用因次分析-模型實驗法解析該物理過程,通過因次分析法獲得過程的相似準數(shù),建立1:1的物理模型后進行模擬。數(shù)值模擬則依據(jù)相關(guān)理論方程,利用Fluent建立三維數(shù)學模型,對課題研究的定解問題進行模擬計算。實驗主要結(jié)論:(1)原中間包流場及壓力場分布不合理,死區(qū)比例達27.82%,且有短路流,流體的響應時間、停留時間分別只有2.1s和39.46s;擴容后,流體的流場和壓力場改善效果不夠明顯,死區(qū)比例增加了2.74%,短路流依舊存在,結(jié)合實際澆注,中間包熔池較為合理的深度應控制在210mm左右;在擴容并增設導流隔墻后,流體的流場趨于合理,短路流消除,死區(qū)比例降低。(2)對正交實驗方案利用極差分析得到了兩組優(yōu)化方案Ⅲ_3和Ⅲ_(10);通過數(shù)值模擬進一步研究導流孔上揚角度對其流場等參數(shù)的影響得到優(yōu)化方案Ⅲ_(12)。其中,方案Ⅲ_(10)為最優(yōu)方案,優(yōu)化結(jié)構(gòu)為導流隔墻上導流孔的孔徑為26mm、垂直高度為20mm、水平距離為120mm和導流隔墻距水口的距離為60mm,其平均停留時間延長至49.78s,死區(qū)減少至14.89%。(3)使用改良最優(yōu)方案澆注后,鋼錠的表面質(zhì)量得到了顯著的改善,扒皮后缺陷基本消除;鋼錠中的T[O]和[N]大幅降低,且質(zhì)量得到了一定程度的改善,使合金的性能和品質(zhì)得到一定的提高。
【學位單位】：西安建筑科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TF062
【部分圖文】：

順行[17]。而且對于減少金屬液對鑄模內(nèi)金屬液的沖擊和攪動，且充分上浮以達到減少或去除的目的也起著很重要的作用[18-19]。在技術(shù)的發(fā)展過程中，中間包對于提高合金品質(zhì)、擴大合金品種、起到了重要的作用。當前較大型的真空感應爐都設計有中間包，多、需求量小而品質(zhì)要求高的精密合金的小型真空感應爐，在澆藝的借鑒還尚不成熟，且存在一定問題。本課題將繼續(xù)借鑒成熟，對用于生產(chǎn)高品質(zhì)精密合金的小型真空感應爐澆注工藝進一步際生產(chǎn)中取得良好的冶金效果。間包冶金技術(shù)間包內(nèi)型結(jié)構(gòu)設計研究前，所用的中間包形狀較多，如有矩形 （或稱為槽形）、梯形、近似 T 形等多種類型。圖 1.1 是通常用的中間包外型結(jié)構(gòu)示意圖。

圖 1.2 中間包擴容對夾雜物的影響吳永生、喻承歡等人[25]對原型中間包和擴容后中間包，通過數(shù)值模擬和物模型的模擬結(jié)果進行對比研究，并通過工業(yè)實踐得出：擴容后中間包內(nèi)金屬液均停留時間延長了 30%。張立峰等人[26]研究了采取相同控流裝置，但不同容量中間包的冶金效果，究認為，10t 中間包擴容 50t 后，其夾雜去除率提高了 42.4%，大顆粒夾雜物和觀夾雜物去除率分別提高 25.9%和 11.8%。通過工業(yè)實操證明：中間包容量的增能夠改善金屬液流動形式，延長了其停留時間，提高產(chǎn)品質(zhì)量。1.3.2 中間包內(nèi)導流隔墻的研究由于中間包內(nèi)流體的流動流場直接影響著金屬液中夾雜物上浮，在無控流置的情況下，坩堝內(nèi)注流進入中間包，對包壁和包底產(chǎn)生劇烈沖刷，加劇了耐材料的侵蝕，嚴重影響了中間包的使用壽命，使金屬液中大型夾雜增加；且新入的高溫金屬液大部分直接沿包底從水口流出，形成短路流使整個中間包容積

mppult = 0.5 （實驗條件，本實驗選取實際澆注過程中 1.3t 真空感應爐的中間與原型的幾何相似比 λ=1/1。故模型與原型之間的其流量等參中，原型和模型部分主要工藝參數(shù)如表 2.1 所示。表 2.1 原型和模型中間包的部分主要工藝參數(shù)實驗參數(shù) 工作液面高度/mm 流量/m3·h原型 200 1.32模型 200 1.32相關(guān)設備學模型實驗裝置主要包括三個方面，即中間包系統(tǒng)、附屬儀其示意圖如 2.1 所示。
【參考文獻】

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本文編號：2873950