بخشی از مقاله
چکیده
تحقیق حاضر در یک شرکت فولادسازي انجام شدهاست که ابعاد اصلی قالب ﻣﺎﺷﯿﻦ ریختهگري موجود در آن 25×23 - بر حسب سانتیمتر - میباشد. هدف از انجام این تحقیق بررسی تاثیر ابعاد قالب بر توزیع دماي سطح شمش و ضخامت پوسته منجمد شده - به منظور ارزیابی تشکیل ترك و پارگی پوسته - میباشد. به همین دلیل از شبیهسازي استفاده شد و نتایج نشان داد که با تغییر ابعاد قالب، اختلاف قابل ملاحظهاي بین دماي گوشه و دماي وسط وجه شمش در قالب C مشاهده میشود که به مراتب بیشتر از قالب اصلی - قالب - A میباشد. حساسیت به پارگی پوسته منجمد شده که معمولاً در هنگام خروج شمش از قالب رخ میدهد توسط شبیهسازي ضخامت پوسته منجمد شده ارزیابی شد و معلوم شد که از نظر ضخامت پوسته، تفاوت قابل توجهی در انواع ابعاد قالبها وجود ندارد.
مقدمه
فرایند ریختهگري پیوسته روشی است که در آن مذاب به طور مداوم از انتهاي تاندیش به قالب وارد میشود. فرآیند ریختهگري پیوسته در طی دو دههي اخیر کاربرد زیادي یافتهاست. این روش مزایاي زیادي دارد از جمله قیمت ارزان، بازدهی بالا، انعطافپذیري فرآیند و امکان تولید قطعات با کیفیت بالا .
براي تولید شمشهایی که عیوب سطحی و داخلی کمتري داشتهباشند، قالب و منطقه آب پاش - خنک کننده اولیه و ثانویه - باید ویژگیهاي خاصی داشتهباشند. قالب باید توانایی خروج حرارت کافی براي ایجاد لایه جامدي با ضخامت و مقاومت کافی، در برابر فشار متالواستاتیکی مذاب در ناحیه خروجی شمش از قالب، را داشته باشد. انتقال حرارت از شمش باید به صورت پیوسته و یکنواخت انجام شود، در غیر اینصورت علاوه بر اینکه امکان نازك بودن پوسته منجمد شده وجود دارد، با شکلگیري نواحی با دانهبندي متفاوت در داخل شمش نیز امکان تشکیل ترك در مراحل بعدي افزایش مییابد. از نظر کاربردي، میزان بهینه انتقال حرارت با کنترل هماهنگ پارامترهاي: الف - نوع افشانک، ب - فشار آب خروجی و ج - ترتیب قرارگیري افشانکها، قابل حصول خواهد بود
ایده استفاده از شبیهسازي براي کنترل کیفیت از زمانی که رایانههاي مناسب و روشهاي مناسب براي حل عددي معادلات توسعه یافتهاند، وجود داشتهاست. به طور مثال توسط کومار و همکارانش [2] براي یک ماشین بیلتریزي، بر اساس دانستههاي بنیادي از نحوه عملکرد پارامترهاي ریختهگري، یک سامانه جامع طراحی شد. همچنین فعالیت مشابهی توسط فیلیپیس و همکارش [3] انجام گرفت. تحقیقات معتبري در زمینه کنترل کیفیت ریختهگري پیوسته انجام شدهاست که میتواند براي تعیین نوع قید متالورژیکی و همچنین محدوده این قیدها به کار گرفته شود
هدف اصلی در این تحقیق بررسی امکان تغییر ابعاد مقطع بلوم در ماشین ریختهگري پیوسته شرکت فولاد آلیاژي ایران میباشد. از آنجایی که ضخامت پوسته منجمد شده در خروجی قالب در وقوع یا عدم وقوع عیب پارگی پوسته - Breakout - نقش بسزایی دارد، این پژوهش به دنبال بررسی تاثیر تغییر ابعاد قالب بر ضخامت پوسته منجمد شده در خروجی قالب و در نتیجه امکان تشکیل عیب پارگی پوسته است.
روش تحقیق
در این پژوهش، از روش بدون شبکه نقطه محدود - FPM - براي شبیه سازي فرایند ریختهگري پیوسته فولادي با ترکیب پایه ذکر شده در جدول - 1 - استفاده شد. در این شبیهسازي، یک مقطع افقی از شمش مورد نظر با ابعاد نشان داده شده در جدول - 2 - در نظر گرفته شد و با فرض اینکه این مقطع افقی با سرعتی معادل با سرعت ریختهگري در حال حرکت باشد، معادلات دو بعدي ناپایدار انتقال حرارت براي یک چهارم مقطع شمش حل شد. به دلیل وجود تقارن در این مسأله، یک چهارم از مقطع بلوم به عنوان محدوده محاسباتی در نظر گرفته میشود.
معادلات - 1 - و - 2 - روابط انتقال حرارت دو بعدي را به ترتیب در داخل و مرز محدوده محاسباتی نشان میدهد که به روش FPM مجزا سازي شدهاند. براي تعیین اعتبار شبیهسازي، دادههاي شبیهسازي شدهي دماي سطح شمش با دادههاي اندازهگیري شده مقایسه شد و همخوانی خوبی به دست آمد. جزئیات بیشتر در مورد روش شبیهسازي در مقالات دیگري که توسط همین نویسنده به چاپ رسیده است قابل مطالعه میباشد .[6] پارامترهاي ریختهگري در جدول - 3 - نشان داده شدهاست.
در این روابط، K ضریب هدایت حرارت، C' ظرفیت گرمایی معادل، ρ دانسیته، T دما، n نرمال بر سطح و qn فلاکس سطحی حرارت میباشد.
نتایج و بحث
شکل - 1 - دماي سطح شمش در خروجی قالب را براي وجه بزرگ تر - طول مقطع - ، وجه کوچکتر - عرض مقطع - و گوشه قالب براي هر چهار قالب نشان میدهد. همانطور که ملاحظه میشود، در همه قالبها با ابعاد مختلف، تفاوت زیادي بین دماي گوشه با دماي وجوه وجود دارد. کمترین تفاوت دمایی بین گوشه و وجه مربوط به قالب 102 - A درجه سانتیگراد - و بیشترین تفاوت مربوط به قالب 148 - C درجه سانتیگراد - میباشد. به عبارت دیگر، اگر چه مقطع قالب D داراي طول و عرض مساوي است، ولی اختلاف دماي گوشه و وجه ارتباطی با این موضوع ندارد.
شکل - - 2 نمودار مکانی انجماد را براي قالب A نشان میدهد که منطقه محصور بین دماي سالیدوس - fs=1 - و دماي لیکوییدوس - fs=0 - - منطقه خمیري - با رنگ خاکستري نشان داده شدهاست. در این نمودار میتوان ضخامت دیواره منجمد شده در خروجی قالب را ملاحظه نمود. فاصله سطح شمش تا مکان هر دو خط سالیدوس و لیکوییدوس را میتوان به عنوان ضخامت پوسته منجمد شده در نظر گرفت. در این تحقیق، عکس ضخامت پوسته منجمد شده در خروجی قالب، به عنوان پارامتر حساسیت به عیب پارگی پوسته منجمد شده در نظر گرفته میشود. به عبارت دیگر، هرچه ضخامت پوسته بیشتر باشد، حساسیت به پارگی پوسته منجمد شده کمتر میشود.
