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铸铁连铸生产的凝固过程,铸铁在凝固过程中需要经历什么

2022-04-23 16:45  点击数:  来源:划线平台厂家

  这里以两种不同直径的型材为例分别分析其具体生产条件下的连铸凝固过程。7.10.1直径130mm型材的凝固过程

  当直径30mm型材在表7-6所列工艺参数下进行连铸生产时,其凝固过程的模拟结果如图7-18所示。

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  图7-18中,t代表拉拔时间(从开始拉拔的时刻起所经历的时间),p代表拉拔的周期数,s代表拉拔的距离(型材从开始拉拔的时刻起移动的距离),T0代表铁液浇入保温炉的温度,v代表拉拔速度(型材移动速度),H.t代表结晶器出口处型材的凝固层厚度,L.t代表液芯离开结晶器出口处的距离(液芯最远端离结晶器出口处的距离),L.i代表从结晶器入口处到开始出现凝固层处的距离。

  模拟结果包括了从初拉阶段到稳定生产阶段的全部过程。

  图7-18a~i显示了直径30mm型材连铸的初拉阶段。图中中间有一条线的黑色方框表示引锭头所在位置,引锭头右边的灰色部分代表引锭杆,引锭头左边的部分是正在凝固的型材,其中,灰色部位是已经凝固的部分,褐色部位是共晶凝固的部分,黄色部位是初晶凝固的部分,红色部位是温度在液相线以上的金属液。

  图7-18a~i可视化地反映了自开始拉拔到进入稳定生产阶段型材凝固区域的形成、发展、变化过程。其中,由图7-18d、e可见,在第2个拉拔周期到第3个拉拔周期之间,引锭头移出结晶器(也即凝固的型材开始从结晶器出来),此刻,结晶器出口处,完全凝固的型材厚度最薄时为H.t=0.525cm,型材内部是液芯,液芯离开结晶器出口处的距离L.t=8cm,从结晶器入口处到开始出现凝固层处的距离L.i=10cm。这三个数据是否在合适范围内对于保证型材不发生拉漏、拉断事故十分重要,其中,以H.t的影响尤为重要。

  图7-18j显示了直径30mm型材连铸进入了稳定生产阶段。进入稳定生产阶段后,每一个拉拔周期内型材凝固区域的发展、变化,完全重复着上一个拉拔周期的过程。在图7-18j中,红色部位是已经凝固的型材,粉色部位是共晶凝固的部分,浅绿色部位是初晶凝固的部分,黄色部位是温度在液相线以上的金属液。从图7-18j中,不仅能够看到型材连铸进入稳定生产阶段后的凝固区域特征,而且能够看到结晶器出口处完全凝固的型材厚度H.t、型材液芯离开结晶器出口处的距离L.t以及从结晶器入口处到开始出现凝固层处的距离L.i等重要参数。另外,由于铸铁水平连铸的拉拔过程是“一拉一停”的周期性过程,型材在停的过程中的散热强度高于拉的过程,致使型材在轴向的温度分布与拉-停节奏对应起伏,型材的液芯呈锥形竹节状,这种现象在小直径型材拉拔速度较快的情况下尤为突出。这里模拟的结果也正好显示了这一现象:如图7-18j所示,液芯最远端尚有未凝固的部分,但此处之前已有温度较低的部位已完全凝固,“卡死了”补缩通道,在这种情况下,如果再与型材成分对凝固收缩量的影响相叠加,则可能会使型材出现“轴线缩松”。这样的模拟结果也表明所采用的工艺参数,对于保证型材质量来说,并非最佳(若适当降低拉拔速度,则可使上述凝固区域的形状得到明显改观,从而可有效地降低型材出现“轴线缩松”的可能性)。

  7.10.2 直径52mm型材的凝固过程

  当直径52mm型材在表7-7所列工艺参数下进行连铸生产时,其凝固过程的模拟结果如图7-19所示。

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  图7-19中各符号的意义与图7-18相同。图7-19a~i显示了直径52mm型材连铸的初拉阶段,图7-19j显示了直径52mm型材连铸进入了稳定生产阶段。图7-19a~i以及图7-19j中各部位的色彩意义同于图7-18a~i以及图7-18j。

  直径52mm型材及其连铸过程,也是在建立模拟方法中确定型材与石墨套的界面换热系数的数值模拟等内容时所依据的对象,这里的模拟结果反过来也形象也显示了直径52mm型材在相应工艺参数下自开始拉拔到进入稳定生产阶段型材凝固区域的形成、发展、变化过程。

  图7-19a~i显示了直径52mm型材连铸的初拉阶段。其中,由图7-19e可见,从开始拉拔,在经历了7个拉拔周期后,引锭头移出结晶器(也即凝固的型材开始从结晶器出来),此刻,结晶器出口处,型材已完全凝固H.t=2.6cm。由图7-19j可见,经历了30个拉拔周期后,直径52mm型材连铸进入了稳定生产阶段。此时,连铸的拉拔过程已经历了将近3min(即图中的t=162.5506s),拉出的型材长度超过1.17m(即图中的s=117.8049cm)。

  与直径为30mm的型材连铸过程相比较,在各自的工艺参数下,直径52mm型材初拉阶段的时间明显长于直径30mm型材(直径52mm型材约为3min;直径30mm型材约为1min,即图7-18j中t=63.07143s);每个拉拔周期,直径52mm型材移动接近4cm(即图7-19中2.47×1.59cm=3.9273cm),而直径30mm型材移动大于11cm(即图7-18中7×1.59cm=11.13cm);凝固进入稳定生产阶段之前,直径52mm型材与直径30mm型材拉出的型材长度差异不大(直径52mm的型材约为1.17m;直径30mm型材约为1.22m,即图7-18j中s=122.4154cm);直径52mm型材的凝固区域形貌始终是一种“喇叭”形状,喇叭口朝向保温炉,在此情形下,补缩通道畅通,无形成缩松之忧。

  利用计算机模拟技术对型材凝固过程进行数值模拟,不仅可以分析现有型材生产工艺的合理性,而且,对于新型号型材的试制,可以代替现场试验,使选择合理的工艺参数的工作建立在更为科学的基础上。由此,为保证型材质量、生产稳定性以及提高生产率等提供了有效的手段。另外,它也是铸铁型材水平连铸技术由机械化走向自动化的基础。

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