10078

10078

شبيه‌سازي جريان سيال و انجماد و پيش‌بيني حفره انقباضي در ريخته‌گري تكبار شمش‌هاي توپر و توخالي فولاد كم آلياژ

كارشناسي ارشد

مهندسي مواد-استخراج فلزات

تيرماه 1390

تيرماه 1390

ابوطالبي- سيدين

چكيده در دهه‌هاي اخير استفاده از شمش‌هاي توخالي به منظور توليد سيلندرهاي فورج‌شده بجاي استفاده از شمش‌هاي توپر گسترش يافته است. استفاده از شمش‌هاي توخالي سبب كاهش اتلاف ماده، سهولت فرايند فورجينگ و افزايش راندمان توليد مي‌شود به همين منظور در اين پژوهش ريخته‌گري و انجماد در شمش‌ريزي تكبار شمش‌هاي توپر و توخالي با استفاده از شبيه‌سازي عددي دو بعدي به منظور يافتن پارامترهاي بهينه در ريخته‌گري شمش‌هاي توخالي مورد بررسي قرار گرفت. معادلات حاكم بر فرايند شامل معادلات جريان مذاب، انتقال حرارت همراه با انجماد و سطح آزاد توسط نرم‌افزار‌هاي Ansys-Fluent و Flow-3D با توجه به شرايط اوليه و مرزي مناسب حل گرديد. مدل توسعه يافته براي ريخته‌گري و انجماد شمش‌هاي توپر و توخالي آلياژي در سيستم شمش‌ريزي مورد استفاده در كارخانه فولاد آلياژي اصفهان بكار گرفته شد. مدل ارائه شده در ابتدا به كمك نتايج تجربي موجود در منابع و اندازه‌گيري‌هاي دمايي و‌ ميزان انقباض ناشي از انجماد در سيستم واقعي براي شمش هاي توپر مورد ارزيابي و تاييد قرار گرفت. سپس مدل تاييد شده براي بررسي فرايند انجماد در شمش‌هاي فولادي توخالي مورد استفاده قرار گرفت. به دليل اهميت ميزان سرمايش از سطح داخلي شمش‌هاي توخالي ابتدا از يك مدل محاسباتي جهت يافتن ضريب انتقال حرارت ميان هوا وماهيچه استفاده شد كه در اين مدل جريان هوا بصورت آشفته فرض شد و خواص هوا بصورت متغير با دما در نظر گرفته شد و همچنين از تابش سطح به سطح جهت تعيين دقيق‌تر ميزان سرمايش استفاده شد. در ادامه ضريب انتقال حرارت محاسباتي بعنوان شرط مرزي در فرايند انجماد شمش توخالي استفاده شد. همچنين تاثير نيروهاي شناوري در حين انجماد به منظور افزايش دقت مدل محاسباتي در نظر گرفته شد. سرانجام به كمك اين مدل محاسباتي پارامترهاي موثر بر افزايش انجماد از سطح داخلي شمش نظير قطر داخلي شمش، دبي دمش هوا، ضخامت ماده ديرگداز، ضخامت ناحيه دمش، ضريب هدايت حرارتي ماده ديرگداز مورد بررسي قرار گرفت. نتايج حاصل از اين مطالعه پارامتري نشان مي‌دهد كه با افزايش قطر داخلي شمش، دبي دمش هوا، ضريب هدايت حرارتي ماده ديرگداز و كاهش ضخامت ناحيه دمش و ضخامت ماده ديرگداز، مي‌توان ميزان انجماد از سطح داخلي شمش را افزايش داد.