電磁離心鑄造熱流磁耦合數(shù)值模擬.pdf

1、軋輥是使(軋材)金屬產(chǎn)生塑性變形的工具,是決定軋機效率和軋材質(zhì)量的重要消耗部件。高速鋼軋輥已廣泛應(yīng)用于軋鋼生產(chǎn),這與高速鋼軋輥良好的耐磨性以及它具有的與傳統(tǒng)軋輥明顯不同的特點是分不開的。由于離心鑄造法生產(chǎn)復合軋輥具有生產(chǎn)效率高、軋輥強度好等諸多優(yōu)點,目前我國絕大多數(shù)軋輥廠均采用離心鑄造法生產(chǎn)高速鋼復合軋輥。在高速鋼軋輥離心鑄造中加入電磁攪拌,可以達到改善鑄態(tài)組織,減輕偏析和提高軋輥性能的目的。但由于離心鑄造的受力復雜、高速高溫和不透明等

2、原因,很難觀察和測定金屬液的充型規(guī)律。計算機數(shù)值模擬技術(shù)的應(yīng)用為科研人員對離心鑄造充型和凝固過程的認識提供了新的方法,也為鑄造工藝的優(yōu)化設(shè)計提供重要指導。
　　本論文以高速鋼復合軋輥外層的臥式離心鑄造為研究對象,采用大型CFD軟件Fluent對離心鑄造和電磁離心鑄造的充型凝固過程進行了熱流磁耦合數(shù)值模擬分析,并進行了部分實驗驗證。旨在探索離心鑄造和電磁離心鑄造的充型凝固過程的基本規(guī)律,并研究電磁場對離心鑄造的充型凝固過程的影響規(guī)律

3、。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)建立了在重力、離心力和電磁力共同作用下,高速鋼復合軋輥臥式離心鑄造在凝固過程中金屬液傳熱和流動的三維耦合數(shù)學模型和物理模型以及設(shè)置了需要考慮的邊界條件。
　　(2)流場分析結(jié)果表明,金屬液從澆口處呈拋物線流入高速旋轉(zhuǎn)著的鑄型內(nèi),緊貼鑄型內(nèi)壁面并以螺旋線的形式沿軸向運動。金屬液的最大速度和鑄型內(nèi)層的轉(zhuǎn)速相同,金屬液自由液面有上下壓差的存在使得液面呈偏心分布,這種偏心現(xiàn)象會隨著鑄型轉(zhuǎn)速的提高而減弱

4、,并得到了實驗驗證。
　　(3)溫度場分析結(jié)果表明,高速鋼復合軋輥在凝固過程中,溫度分布是非均勻的,在軸向上為兩端向中間的凝固順序,在徑向上為軋輥外徑向內(nèi)徑的凝固順序。轉(zhuǎn)速越大,溫度下降得越快。
　　(4)將電磁場引入離心鑄造,進行了電磁、流動和傳熱的多重耦合計算,并與無磁場情況下的模擬計算結(jié)果進行了比較分析,結(jié)果表明:在同一位置點的某一確定澆注時刻,電磁離心鑄造與普通離心鑄造的鑄型內(nèi)部壁面金屬液流的絕對壓力有一定差異,金屬