大型钢锭铸造充型过程的数值模拟.pdf

2014 NO．6 重型机械 ·53· 大型钢锭铸造充型过程的数值模拟 房金乐，支旭波 (陕钢集团汉中钢铁有限责任公司，陕西汉中724200) 摘要：为了减少某大型钢锭在铸造充型过程中产生的卷气、卷渣和浇不足等缺陷，通过对铸锭 充型过程进行数值模拟，研究不同充型速度、压力和优化方案条件下流场、温度场的变化情况。模拟 结果为：充型速度为1m／s，初始压力为300 000 Pa时较符合该钢锭的充型过程。为大型钢锭铸造充 型过程工艺参数的选择和铸造模型的设计提供参考。 关键词：钢锭；卷气；充型过程；数值模拟 中图分类号：TG21+1 文献标识码：A 文章编号：1001—196X(2014)06—0053—04 Numerical simulation of filling process in large steel·ingot FANG Jin—le，ZHI Xu-bo (Hanzhong Iron＆Steel Co．，Ltd．，Shaangang Group，Hanzhong 724200，China) Abstract：In order to reduce such as air entrapment，slag entrapment，misrun casting in filling process of large steel—ingot．This paper discussed change of flow field and temperature field under the different filling speed， pressure and optimization scheme，by numerical simulation to process of steel casting filling．The results show that it is more suitable for the steel ingot，filling speed is 1 m／s，and initial pressure is 300 000 Pa．It provided a reference for the process parameters selection and mold design in large steel—ingot filling process． Keywords：steel—ingot；gas entrapment；the filling process；numerical simulation O前言 为了减少大型钢锭在铸造充型过程中产生的 卷气、卷渣和浇不足等缺陷，以及尽可能的对钢 液凝固阶段提供均匀合适的温度场和流场。需要 了解任一时刻金属液与空气接触的自由表面和金 属液与壁面形成的界面的状况，并根据充型温 度、压力以及浇注口参量等的变化，采取措施， 调整钢锭的金属液流场和温度场达到最优。但 是，在实际的大型钢锭铸造过程中，由于无法观 测到在金属液充型的不同时刻流场和温度场的变 化情况。因此，本文通过对铸锭充型过程进行数 收稿日期：2014—07—15；修订日期：2014—08—29 作者简介：房金乐(1982一)，男，陕钢集团汉中钢铁有限责任 公司工程师，科技发展部副部长，主要从事炼轧钢 工艺研究。 值模拟了解各时刻的状况。由于液一气之间的变 化是三维的非稳态湍流流动，且考虑到型腔内气 体的背压力、钢液通过浇注口进入型腔的惯性、 金属液与型壁间导热系数和初始参量的设置等因 素使模拟过程比较复杂，因此需要对初始和边界 条件进行简化，且忽略计算精度和钢液凝固的理 想条件。 1数学模型的建立 1．1 建立液相流动数学模型的条件 为了提高计算效率，加快计算收敛，减少计 算时间。在模拟过程中假设：(1)假设该模拟金 属液为不可压缩的黏性牛顿流体；(2)型腔中为 气一液两相非稳态湍流流动；(3)不考虑浇注过程 对型腔充型过程的影响。该模型遵循连续性方 程、动量方程和能量守恒方程 。