水冷模模铸的铸件/铸型界面换热系数的反向求解分析

来源 :内蒙古工业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:gzh0791
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大型水冷模模铸工艺是一种新型工艺,可以实现钢锭的快速凝固,对提高钢锭质量有很大帮助。目前水冷钢锭的中心缩孔和偏析现象严重,实验研究的代价较高,数值模拟技术成为改善钢锭内部缺陷、优化钢锭设计的重要途径。边界条件是凝固过程的控制条件,同时也是数值模拟技的必要条件,由于钢锭模边界条件复杂且研究较少,控制条件较多,因此,大型钢锭的中心缩孔并没有得到改善。针对此问题,本文研究水冷模模铸边界条件中界面换热系数对铸造凝固过程的影响。本文通过金属/砂型实验装置、水冷实验装置和气隙实验装置,实测了铸件和砂型内不同位置(铸件内四个点,铸型内一个点)的冷却曲线,利用非线性估算法和PROCAST模拟软件对铸造凝固过程中铸件/铸型界面换热系数进行反向求解。研究表明,金属/砂型中界面换热系数的范围是145~524W/m2·K。利用反向求解的界面换热换热系数模拟整个温度场,实验结果和模拟结果对比,验证了非线性估算法的正确性。水冷速度对界面换热系数影响:水流速度由0.5m/s上升至1.7m/s时,在时间段0~150s时,界面温差和温度梯度逐渐增加,其中温度梯度增幅较大,界面换热系数由1650W/m2·K提高到2200W/m2·K。对于同一水流速度下,在不同的温度段内,随着时间的增加,界面温差增加和温度梯度减小,界面换热系数会随之减小。气隙宽度对界面换热系数影响:当凝固厚度为35mm建立气隙,在气隙宽度为5~30mm,时间段为150~300s时,随着气隙宽度的增加,界面温差的减小和温度梯度的增加,界面换热系数由270 W/m2·K降到50W/m2·K。同一气隙宽度下,在不同的温度段内,随着时间的增加,界面温差增加和温度梯度减小,界面换热系数会随之减小。
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