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近些年我国大力提倡节能减排,可持续发展战略,空心钢锭的应用也得到了全方位的关注。相比实心钢锭而言,空心钢锭省去了墩粗、冲孔等机械加工环节,材料利用率得到了明显提高。在实验室条件下开展空心钢锭凝固过程温度场的模拟实验,探究凝固过程的影响因素,为生产制造高质量的空心钢锭提供重要理论依据。本文以中小型空心钢锭凝固过程为研究对象。通过ANSYS模拟软件对空心钢锭凝固过程温度场进行模拟,确定合适的冷却介质及其换热系数。以模拟凝固过程的温度场为初期目标,进行了模拟实验装置的设计,并通过模拟空心钢锭的充型过程进行验证,得到以下结论:(1)空心钢锭的浇注模主要由外模、内模、沙模及芯子四部分组成。其尺寸为钢锭内模厚20mm,钢锭外模外径为1580mm,顶部外模内径为1270mm,底部外模内径为1160mm,沙模厚300mm。芯子主要由芯子内模、支撑筋及垫块三部分组成,支撑筋与内模焊接为一体形成环隙。(2)对充型过程模拟的分析,当设置直浇道内径为100mm、横浇道内径为100mm、内浇道内径为90mm、浇注速度为20.3mm/s等参数时,钢液界面的上升速度比较平稳并没有出现喷溅等缺陷,即便是在充型的开始阶段也是非常平稳。(3)随着换热系数的增大,空心钢锭的凝固趋势逐渐趋向于内外对称,最终凝固位置趋于中上部。当换热系数为170W/(m2﹒k)时最好。(4)环隙宽度和体积流量共同影响冷却介质的换热系数。当环隙宽度一定时,换热系数随体积流量的增大而增大;当体积流量一定时,环隙宽度越小换热系数越大。综合分析当环隙宽度为30mm,压缩空气的体积流量为8900m3/h时可以达到170W/(m2﹒k)的最佳换热系数。