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铸造是支撑国家工业的重要基础,在多种行业中均起到十分重要的作用,如汽车制造、航空航天、能源、重型机械等多个领域均对铸造产品有着大量需求。通过传统实验手段改善钢锭中的缺陷需要耗费大量的人力、物力、财力,所以数值模拟成为优化钢锭质量的重要手段。本文采用数值模拟,对钢锭充型凝固过程中可能存在的问题进行了分析,并对浇注系统结构及浇注工艺参数对钢锭质量的影响进行了模拟。使用ProCAST软件对钢锭充型凝固过程进行了数值模拟,结果表明:钢锭在浇注初期的流场较为紊乱,中后期的液面流动平稳;由于保温冒口的存在,钢锭凝固过程中可以进行有效的补缩,因此钢锭只存在一次缩孔。对钢锭及钢锭模表面进行温度测量。根据测温所得的数据反算钢锭与钢锭模之间的换热系数,凝固初期界面换热系数很大,可达5300W/(m~2?K),随着气隙的张开,换热系数迅速减小到150W/(m~2?K),然后随着降温过程缓慢减小。对组合式及一体式冒口进行数值模拟,结果表明:两种冒口均可在钢锭凝固过程中进行有效补缩,而一体式冒口由于装配方便、可以一模多用等优点更适合实际生产;模拟不同形状尺寸的模底砖对浇注初期流场的影响,可以看出模底砖孔径从70mm增大到90mm,浇注初期钢液流动更加平稳,可以有效减小卷渣的可能性,锥型孔模底砖浇注时比直型孔模底砖液面流动更加平稳。对不同工艺参数下钢锭凝固过程进行数值模拟,结果表明:将钢液浇注温度从1530℃提高到1590℃,钢液完全凝固所需要的时间增加,钢锭中二次枝晶臂间距减小,钢锭中柱状晶区范围增大,等轴晶区范围减小,且晶粒尺寸增大;将锭模预热温度从50℃提高到250℃,钢液完全凝固时间增加,钢锭中二次枝晶臂间距增大,钢锭中柱状晶区及等轴晶区范围的变化不明显。