电渣熔铸空心环形件的热电场分析.pdf

特造
Nov.2016
1066?
FOUNDRY
Vol. 65 No11
计算机应用
电渣熔铸空心环形件的热电场分析
王安国2,姜周华,熊云龙2,唐骥2,董艳武,陈瑞,豆志河,包春玲2
(1.东北大学治金学院,辽宁沈旧110819;2.沈阳铸造研究所,辽宁沈阳11002
摘要:借助 ANSYS- SOLID69热电耦合单元,建立等同功率空心环形件在常规工况和大电流工况下电渣熔铸时金属
熔池及铸锭区域、体系的热电场物理模型。以综合分解法对其进行热电场有限元模拟,以分析其金属熔池及电流电
压的关系。结果表明:金属熔池最高温在渣金界面且都比渣池最高温低约200K,为预防深金属熔池导致的缩松缺陷
应避免在大电流工况下熔铸;电流集肤效应都很显著且通常在大电流工况下电流密度大,电流密度最大区域都在自
耗电极端头或底水箱附近;电位线都在渣池内密集分布且伴有方向变化;空心环形件的金属熔池形状、体系电流与
等电位线均呈现非对称分布,可增加内结晶器冷却强度以弱化金属熔池内倾斜倾向。
关键词:电渣熔铸;综合分解法;金属熔池;渣池
中图分类号:TG748.6文献标识码:A文章编号:1001-4977(2016)11-1066-05
Thermoelectric FEM Analysis of ESR Hollow Cylindrical Casting
WANG An-guo JIANG Zhou-hua XIONG Yun-long, TANG Ji, DONG Yan-wu, CHEN Rui?
DOU Zhi-he, BAO Chun-ling
1. Northeastern University School of Metallurgy, Shenyang 110819, Liaoning, China; 2. Shenyang Research Institute of
Foundry, Shenyang 1 10022, Liaoning, China)
Abstract: In the regular cases and high current cases with equivalent power, hollow cylindrical casting was
studied with finite element method (FEM) by ANSYS-SOLID69. The Whole and the Parts Method(A WP)was
used to study the thermoelectric field for electro-slag remelting(ESR)process to analyze the relationship of
voltage, current and metal basin. Results show that, the highest temperature of each metal basin in the slag metal
interface is about 200 K lower than that of its slag pool, avoiding large current case can prevent the shrinkage
defects; the current skin effect is significant and the current density is usually lager under large current case, the
argest current density region of each case is concentrated in the electrode tip or the bottom water tank; potential
lines of cach case are concentrated in its slag pool with direction change; the metal basin shape, the system
current density and isoelectric line of the hollow cylindrical casting are asymmetrical; enhancing the inner mold
cooling intensity can weaken the internal inclination of the metal basin.
Key words: ESR; AWP; metal basin; slag pool
“电渣熔铸空心环形件”的金属熔池研究在国内 ANSYS- SOLID69热电耦合单元为依托进行综合分解法
越来越被重视?,其金属熔池深度及形状直接影响其求解,可以较高准确度求得金属熔池及铸锭区域温度
铸件的结晶及质量,但其金属熔池与电流电压的关系场、体系电场。该方法以金属熔池及铸锭区域模型
研究难以检索。本文对等同功率“常规工况”和“大体系模型为求解对象,综合求解为第一步,求解体系
电流工况”下“电渣熔铸空心环形件”吋金属熔池及整体情况;分解求解为第二步,金属熔池及铸锭区域
铸锭区域、体系的热电场进行模拟实践研究,分析其承接体系求解结果,在渣金界面加载熔化金属带入的
关系以指导实践
附加热流密度载荷,其他条件不变,二次求解可得最
有限元方法因以下优点被广泛采用:网格划分规终热场结果。金属熔池及铸锭区域模型包含结晶器、
整性要求低,函数边界条件施加灵活,高求解实用性、渣壳、金属熔池及铸锭、底水箱,体系模型除此之外
可行性及可靠性。 ANSYS1作为有限元分析主流软件,还包含自耗电极、渣池。
在研究电渣熔铸方面优势显著。目前分析电渣熔铸热
电场的方法主要为热电耦合法,对渣金界面边界条1模拟设计
的成功处理为模拟成功的保障。本文以
本文以电渣熔铸“360度旋转体”空心环形件为研
基金项目:国家自然科学基金资助(51434004);沈阳市科技计划项目(F15-057-2-00)。
收稿日期:2016-05-03收到初稿,2016-09-09收到修订稿。
作者简介:王安国(1979-),男,博士生,主要从事电渣熔铸和钢铁治金方面的研究。E-mai:315097641@④q.com
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