计算机模拟在解决电熔砖缺陷方面的应用.pdfVIP

淄博旭硝子刚玉材料有限公司李笃斌马春科、李敏、蒋建国 [摘要] 通过先进的计算机模拟技术，来采用最佳的电熔砖设计和保温退火方式．以提 高电熔砖内部质量和合格率。 随着我国玻璃行业的迅猛发展和对高档玻璃的需求越来越大．对耐火材料的品 质要求也越来越高，对耐火材料的裂纹、气孔、缺角的要求也越来越严格，这些都 与产品的铸型、浇铸和退火过程紧密相关。但是由于产品的浇铸和退火过程中影响 因素众多，单凭经验难以确切的找到问题的根源：在跨入信息时代的21世纪，ZAC 为更好的为客户服务，从本世纪初开始就采用先进的计算机模拟技术，对电熔砖的 浇铸和退火过程采用先进的计算机模拟方法，准确的找到了导致耐火材料裂纹，内 部组织不良、缺角等缺陷的原因，并采取了相应的对策．使产品的内在品质和外观 质量得到了大幅度的提高，取得了可喜的成果，也积累了丰富的经验。本文就整个 模拟过程及结果做简单介绍，望同仁指教。 2影响产品裂纹，内部不良，缺角的因素与模毅方法 熔铸AZS产品的化学成分复杂，浇铸过程中反应剧烈，退火过程中极易产生裂 纹。通过研究发现导致产品裂纹、内部不良、缺角的因素主要存在与以下几个方面： 1．原料。原料中的水分、烧失量、杂质的含量及配料比率的不同，对产品的 缺陷有直接的影响 2．铸型。模型的选择对制品表面的气孔和裂纹至关重要 3．浇铸过程。浇铸的温度、速度对产品缺陷有直接影响 4．退火过程。退火过程的不当将直接导致产品因裂纹和缺角而报废 由于产品的形状不同，因此在浇铸过程中流体的流动状态不同，在进行模拟时 要先期确定如下的因素： 1)产品的浇铸温度。浇铸温度的高低对流体的凝固时间有很大联系，与其后 的退火过程的分析紧密相关而且对产品的缺陷关系重大。 2)产品冒口部的形状和高度。不同形状的冒口中流体的凝固状态是不同的． 相同的冒口形状当高度不同时对铸型内部的流体的影响不同。 3)砂型的材质。不同材质的砂型的坍塌时间不同，对流体冲击的抵抗力不同． 因此对砂型的材质要事先确定。 4)保温材料的种类和特性。 对于浇铸过程的模拟主要是对熔体流动过程的模拟。 我们先要分析产品的凝固过程，其次再分析在不同的保温材下产品的退火过程。 具体的过程如下： 2．幺l产品凝固模型的建立 我们以大型VF产品为例介绍产品凝固模型的建立。首先对于产品的模型进行分 割，根据产品的高度、冒口面积的大小和分析的精确程度进行划分，将产品分割成 3D空间中的小块，确定浇铸的开始温度，这一点在浇铸过程模拟中己确定，如果仅 仅对产品进行2D的简化模拟而忽略高度的影响的话将会产生严重的偏差，这一点在 我们的实践和模拟中得到了充分的验证。然后再对周围的保温材料进行同样的操作． 最后确定产品的环境温度。这样就建成了我们的模型。由于VF产品在凝固过程中的 主要的传热方式是传导，因此根据导热微分方程依次计算各个小块的温度变化再结 合产品的物理性质从而准确的计算产品的凝固程度，导热模型如下面的图形所示： 底面 底面 T6 由底面的点的温度T1，由外向内的计算各点T2……．T5，T6点温度，再由各点温度状 况测定产品的凝固程度，由于大型VF产品的高度很高，因此如果采用2D模拟而忽视 高度因素的话，结果与实践往往相去甚远。 由于产品的退火与产品的凝固过程是紧密相连的．因此我们在建立产品的凝固 模型时须事先确定退火保温材的属性，确定产品的导热率、EE热．密度以及凝固指 数等相关因素．其退火的数学公式可以用博立叶方程表示 oT X． 31 然后计算机甜昆据输人的数据自动的确定模型的边界条件，进行分析．对易产生危 险的区域舍在分析结果中给予特别的提示，给制各点的温度曲线．显示指定部位的 应力变化情况．从而实现对产品凝固过程的分析，列于判断裂纹，内部不良、缺角 具有极高的精确度。 产中我们采用的保温材为^．结果经过内部探伤发现在产品的内部存在缩孔区域， 我们列该产品进行模拟，并列关键部位的点的温度变化曲线避行测定．得到问题的 原因：当采用保温材A时，产品在凝固j丑程中冒口