球墨鑄鐵件作為重要的工程材料,在的很多的鑄件產(chǎn)量中有較大的比例并且生產(chǎn)技術(shù)也達(dá)到了一定的水平.但由于鑄造過(guò)程中的復(fù)雜性使得球墨鑄鐵件的質(zhì)量仍然存在著很多的問(wèn)題.為了更好地控制其生產(chǎn)質(zhì)量,本文根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際及當(dāng)前的關(guān)于球型石墨、晶體方面的形成、生長(zhǎng)理論,結(jié)合先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù),對(duì)金屬凝固過(guò)程的觀組織進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬仿真,也稱(chēng)為凝固過(guò)程觀模擬,這個(gè)名稱(chēng)是相對(duì)于凝固過(guò)程宏觀模擬而言的,具體是指在晶粒尺度上對(duì)金屬凝固過(guò)程進(jìn)行模擬仿真.本文根據(jù)熱力學(xué)、凝固原理等理論,建立了凝固過(guò)程中熱傳遞、溶質(zhì)傳遞和石墨球、奧氏體的形核、生長(zhǎng)進(jìn)行模擬,以能量小原理為基礎(chǔ),考慮體積自由能和界面能的定量影響,建立了晶粒生長(zhǎng)概率模型.根據(jù)所建立的模型,采用了Microsoft Visual C++ 6.0開(kāi)發(fā)平臺(tái)開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的三維模擬計(jì)算程序和二維動(dòng)態(tài)顯示程序.針對(duì)觀模擬計(jì)算量大的特點(diǎn),本文采用了局部區(qū)域模擬法,并相應(yīng)地解決了整體區(qū)域和局部區(qū)域之間的數(shù)據(jù)映射、局部區(qū)域的邊界處理、局部區(qū)域模擬結(jié)果的放大顯示等問(wèn)題.該方法通過(guò)僅對(duì)關(guān)鍵的局部區(qū)域模擬而有效地節(jié)省了計(jì)算量.針對(duì)球墨鑄鐵(成分為:碳含量為3.7﹪、硅含量為3.3﹪、錳含量小于0.4﹪)在砂型中的凝固過(guò)程,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究.使用編寫(xiě)的模擬仿真軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的觀組織進(jìn)行了模擬,并把模擬的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,二二者基本吻合.

在選擇鑄鐵生產(chǎn)熔煉設(shè)備時(shí)可以以小代大，使用較小容量的中頻感應(yīng)爐代替較大容量的工頻感應(yīng)爐創(chuàng)造條件，中頻爐取代工頻爐既減少了用地，又降低了投資，也保證了鐵液的連續(xù)供應(yīng)，對(duì)于連續(xù)作業(yè)、生產(chǎn)能力較大的鑄鐵生產(chǎn)均十分有利。將中頻感應(yīng)爐用于連續(xù)鑄造或離心鑄造球墨鑄鐵管生產(chǎn)的鐵液熔煉，用它取代沖天爐，或與高爐、沖天爐進(jìn)行雙聯(lián)，其生產(chǎn)能力將可得到充分發(fā)揮。例如，國(guó)內(nèi)有1個(gè)離心球墨鑄鐵管生產(chǎn)廠家，就是采用了10t中頻感應(yīng)爐與高爐雙聯(lián)工藝，對(duì)鐵液進(jìn)行升溫和調(diào)整成分，將貯存的高爐鐵液從1300℃升溫到1520℃，大約需要27min。該爐頻率100～200Hz，功率為2500kW。
應(yīng)該提到的是，配有雙供電電源與控制系統(tǒng)的中頻感應(yīng)爐，即使在1臺(tái)爐子烘爐時(shí)，也能保證另1臺(tái)爐子正常生產(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)鐵液的及時(shí)連續(xù)供應(yīng)，這也是工頻感應(yīng)爐無(wú)法比擬的。首鋼鑄造廠1變2爐實(shí)踐證明，2臺(tái)10t工頻感應(yīng)爐使用1套電源供電，在1臺(tái)爐子烘爐時(shí)，另1臺(tái)爐子也不能生產(chǎn)。如果1次烘爐約需3天時(shí)間，則1年當(dāng)中約1個(gè)月不能生產(chǎn)，影響極大。為了實(shí)現(xiàn)能夠連續(xù)生產(chǎn)的目的，1是增加工頻感應(yīng)爐數(shù)量，2是增加1套烘爐電源設(shè)備。首鋼鑄造廠在建設(shè)離心球墨鑄鐵管車(chē)間時(shí)，就是在原有1變2爐基礎(chǔ)上增加1臺(tái)工頻感應(yīng)爐及相應(yīng)的電源設(shè)備；國(guó)內(nèi)另1個(gè)離心球墨鑄鐵管生產(chǎn)廠家則在原有1變2爐基礎(chǔ)上，擬增加1套烘爐電源設(shè)備。無(wú)論采用如上所說(shuō)的哪種措施，都要增加相應(yīng)的設(shè)備與設(shè)施，也就增加了占地與投資。中頻感應(yīng)爐雙供電電源與控制系統(tǒng)的應(yīng)用，不但同時(shí)保證了熔煉和保溫，也同時(shí)實(shí)現(xiàn)了烘爐不停產(chǎn)。