[发明专利]一种钢锭凝固过程温度场数值模拟系统

说明书

本发明涉及一种钢锭凝固过程温度场数值模拟系统，包括前处理模块、中间计算模块和后处理模块，前处理模块通过制图软件构建钢锭模型并根据钢锭模型生成体积网格，前处理模块又对钢锭模型生成的体积网格进行网格划分，中间计算模块通过对钢锭模型设置的参数进行流场、温度场和凝固场的模拟计算，并对计算后的结果进行分析，预测铸造钢锭质量，后处理模块实时显示钢锭模型的计算结果。本发明通过建立钢锭模型，设置钢锭模型的参数并进行流场、温度场和凝固场进行仿真分析和模拟计算，实现对即将要浇铸的钢锭的质量预测，发现并优化影响钢锭质量的参数，完善浇铸设备和浇铸工艺，减少人力和物力的损耗，提高经济效益。

技术领域

本发明涉及一种钢锭凝固过程温度场数值模拟系统，属于钢锭铸造技术领域。

背景技术

钢凝固传热的基本规律及特点首先是钢锭和钢锭模在凝固过程中的温度场，它既随空间变化，又随时间变化，属于三维不稳定态传热。其次，它包括钢锭模与钢锭凝固层间的传导传热，钢液内部的传导及对流传热，流动的钢液与凝固前沿的对流及传导传热，以及钢锭与锭模之间气隙中的辐射、传导及对流传热等等，属于综合传热过程。钢锭的缺陷产生主要有二方面：一是在凝固过程中产生的，如果液相线与固相线形成的过热度相差太大就会形成钢锭的缺陷，二是钢锭断面的冷却梯度的变化也会影响钢锭的质量。另外，温度场的变化对这两方面的影响又是尤为重要的，而且要对温度场的变化进行精确分析又是非人力所能为的。

为生产出质量合格的钢锭，就要对影响其形成的影响因素进行有效控制。钢锭的形成经历有充型和凝固两个阶段，宏观上主要涉及到流动、冷却和收缩三种物理现象。在充型过程中，流场、温度场同时变化；凝固时伴随着温度场变化的同时存在枝晶间对流和收缩等现象；收缩则会导致凝固场的变化。与流动相关的主要缺陷有：浇不足、冷隔、气孔、夹渣；充型中形成的温度场分布直接关系到后续的凝固冷却过程。凝固过程的温度场变化及收缩是导致缩孔缩松的主要原因，因此需要对温度场的变化进行精确分析。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种钢锭凝固过程温度场数值模拟系统，其具体技术方案如下：

一种钢锭凝固过程温度场数值模拟系统，包括前处理模块、中间计算模块和后处理模块。前处理模块通过制图软件构建钢锭模型并根据钢锭模型生成体积网格，前处理模块通过ProCast软件的Visual Mesh模块对钢锭模型进行单元格网格划分。中间计算模块通过对钢锭模型设置的参数进行流场、温度场和凝固场的模拟计算，并对流场、温度场和凝固场计算后的结果进行分析，预测钢锭模型的铸造质量，后处理模块实时显示钢锭模型设置的参数及流场、温度场和凝固场的计算结果，并对预测后的钢锭模型出现的参数进行显示。

进一步的，所述钢锭模型参数包括钢锭尺寸、钢锭的化学成分、浇注温度、浇筑时间和添加剂的类型、数量及作用时间。

进一步的，所述前处理模块通过ProCast软件的Visual Mesh模块对钢锭模型进行单元格网格划分。

进一步的，所述中间计算模块通过有限元法对流场、温度场和凝固场进行计算。

进一步的，所述制图软件为CAD、UG或Solidworks中的一种。

本发明的有益效果：

本发明通过建立钢锭模型，设置钢锭模型的参数并进行流场、温度场和凝固场进行仿真分析和模拟计算，实现对即将要浇铸的钢锭的质量预测，发现并优化影响钢锭质量的参数，完善浇铸设备和浇铸工艺，减少人力和物力的损耗，提高经济效益。

附图说明

图1是本发明的结构框图，

图2是本发明的4340钢锭的几何模型图，

图3是本发明的4140钢锭的几何模型图，

图4是本发明的4340钢锭模型网格图，

图5是本发明的4140钢锭模型网格图，

图6是本发明的4340钢锭温度场峰值示意图，