Simulation of Central Porosity and Hot Crack Formation in 14 t Flat Ingot by Mold Removal Controlled Cooling

Wu Gang; Xu Changjun; Feng Xulong; Zhai Haodong; Xu Jichen; Hu Hanting

doi:10.20057/j.1003-8620.2024-00155

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Simulation of Central Porosity and Hot Crack Formation in 14 t Flat Ingot by Mold Removal Controlled Cooling

Smelting and Solidification | 更新时间：2025-05-09

- Simulation of Central Porosity and Hot Crack Formation in 14 t Flat Ingot by Mold Removal Controlled Cooling
- Special Steel Vol. 46, Issue 1, Pages: 59-65(2025)
- 作者机构：
  
  1.辽宁科技大学材料与冶金学院，鞍山 114051
  2.山东省冶金设计院股份有限公司，济南 250101
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.20057/j.1003-8620.2024-00155
  CLC： TF771.2
- Received：15 June 2024，
  
  Published：30 January 2025
- 稿件说明：
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吴刚,许长军,冯旭龙等.拆模控制冷却对14 t扁锭中心疏松和热裂纹形成的模拟[J].特殊钢,2025,46(01):59-65.

Wu Gang,Xu Changjun,Feng Xulong,et al.Simulation of Central Porosity and Hot Crack Formation in 14 t Flat Ingot by Mold Removal Controlled Cooling[J].Special Steel,2025,46(01):59-65.
吴刚,许长军,冯旭龙等.拆模控制冷却对14 t扁锭中心疏松和热裂纹形成的模拟[J].特殊钢,2025,46(01):59-65. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2024-00155.

Wu Gang,Xu Changjun,Feng Xulong,et al.Simulation of Central Porosity and Hot Crack Formation in 14 t Flat Ingot by Mold Removal Controlled Cooling[J].Special Steel,2025,46(01):59-65. DOI： 10.20057/j.1003-8620.2024-00155.

摘要

以14 t扁锭为研究对象，采用一种拆模控制冷却新方法。该方法完全消除了钢锭凝固过程中气隙带来的影响，并对钢锭下部施加冷却，促进钢锭自下而上的顺序凝固，从而改善钢锭凝固质量。通过仿真模拟软件并结合现场14 t H13的凝固过程工业试验，模拟拆模控制冷却钢锭传热凝固过程，分析不同冷却强度对钢锭传热凝固、Niyama分布以及热应力的影响。结果表明，拆模控制冷却会增大钢锭下部的温度梯度，使凝固前沿由U型向V型转变，增大凝固前沿夹角，使冒口与凝固前沿的补缩通道变宽，促进冒口对下部补缩。随着冷却强度的增加，中心疏松面积减小2.03%，中心疏松长度减小68.53%，并向冒口区域集中。同时，钢锭内部的热应力也增加，利用提出的开裂系数预测拆模控制冷却强度达到1 200（W·m

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）时会有开裂的风险。

Abstract

Taking 14 t flat ingot as the research object， a new method of mold removal controlled cooling was adopted. This method completely eliminates the effect of the air gap in the solidification process of

the ingot， and applies cooling to the lower part of the ingot to promote the sequence solidification of ingot from bottom to top， thus improving the solidification quality of the ingot. The heat transfer solidification process of the cooling steel ingot controlled by mold removal was simulated through the simulation software combined with the industrial test of solidification process of 14 t H13 on site， and the influence of different cooling intensities on heat transfer solidification， Niyama distribution and thermal stress of steel ingot was analyzed. The results show that the temperature gradient of the lower part of the ingot is increased by mold removal and controlled cooling， the solidification front changes from U-shape to V-shape， the angle of solidification front is increased， the feeding channel between the riser and the solidification front is widened， and the feeding of the riser to the lower part is promoted. With the increase of cooling intensity， the central loose area decreased by 2.03%， the central loose length decreased by 68.53%， and concentrated in the riser area. At the same time， the thermal stress inside the ingot also increases， and the proposed cracking coefficient is used to predict the risk of cracking when the controlled cooling intensity reaches 1 200（W·m

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）.

关键词

Keywords

references

柳百成 . 中国制造业现状及国际先进制造技术发展趋势［J］. 世界制造技术与装备市场， 2015 （ 4 ）： 42 - 43 .

郭立波，高延庆，马玉民 . 718H钢与40Cr13钢中心疏松的原因分析及改进措施［J］. 理化检验（物理分册）， 2017 ， 53 （ 1 ）： 62 - 66 .

TKADLEKOV M ， MICHALEK K ， GRYC Ket al . The effect of boundary conditions of casting on the size of porosity of heavy steel ingot ［J］. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering ， 2013 ， 56 （ 1 ）： 28 - 36 .

Hatami N ， Babaei R ， Dadashzadeh M ， et al . Modeling of hot tearing formation during solidification ［J］. Journal of Materials Processing Technology ， 2008 ， 205 （ 1-3 ）： 506 - 513 .

杨靖安 . 钢锭热裂纹实验研究及数值模拟［D］. 北京：清华大学， 2017 ： 13 - 17 .

许长军，吴刚，刘宁宁，等 . 一种改善铸锭凝固质量的控制方法及其装置： CN114734006A ［P］. 2022-07-12 .

兰　鹏，张家泉 . 大钢锭凝固界面换热系数的数值模拟［J］. 钢铁研究学报， 2014 ， 26 （ 8 ）： 29 - 36 .

NIYAMA E ， UCHIDA T ， MORIKAWA Met al . A method of shrinkage prediction and its application to steel casting practice ［J］. AFS Int Cast Met J ， 1982 ， 54 ： 52 - 63 .

潘利文，郑立静，张　虎，等 . Niyama判据对铸件缩孔缩松预测的适用性［J］. 北京航空航天大学学报， 2011 ， 37 （ 12 ）： 1534 - 1540 .

康进武，贾宝仟，陈　瑶，等 . 铸件缩孔缩松数值模拟方法的进一步定量化［J］. 大型铸锻件， 1997 （ 1 ）： 8 - 10+20 .

李建强 . 大型铸钢件凝固过程数值模拟参数值优化［D］. 哈尔滨：哈尔滨工业大学， 2011 ： 32 - 55 .

Abootorabi A ， Korojy B ， Jabbareh M A . Effect of mould design on the Niyama criteria during solidification of CH3C 80 t ingot ［J］. Ironmaking & Steelmaking ， 2020 ， 47 （ 7 ）： 722 - 730 .

刘宁宁，许长军，吕严，等 . 大型钢锭锭重兼容设计的适用性研究和应用［J］. 特殊钢， 2022 ， 43 （ 2 ）： 6 - 11 .

Olivier C ， Yvan C ， Michel B . Hot tearing in steels during solidification： Experimental characterization and thermomechanical modeling ［J］. Journal of Engineering Materials and Technology ， 2008 ， 130 （ 2 ）： 1 .

Stangeland A ， Mo A ， M’Hamdi M ， et al . Thermal strain in the mushy zone related to hot tearing ［J］. Metallurgical and Materials Transactions A ， 2006 ， 37 （ 3 ）： 705 - 714 .

Brimacombe J K ， Sorimachi K . Crack formation in the continuous casting of steel ［J］. Metallurgical Transactions B ， 1977 ， 8 （ 2 ）： 489 - 505 .

吴红健，许长军，雷　冲，等 . 凝固末端螺旋电磁搅拌对大圆坯裂纹形成的影响［J］. 中国冶金， 2023 ， 33 （ 11 ）： 72 - 80 .

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