Cet in solidifying roll - thermal gradient field analysis

• Autorzy: Wołczyński W. , Guzik E. , Wajda W. , Jędrzejczyk D. , Kania B. , Kostrzewa M.

Warianty tytułu

PL

KRT w krystalizującym walcu - analiza gradientowego pola temperatury

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

As the first step of simulation, a temperature field for solidifying cast steel and cast iron roll was created. The convection in the liquid is not comprised since in the first approximation, the convection does not influence the analyzed occurrence of the C - E (columnar to equiaxed grains) transition (CET) in the roll. The obtained temperature field allows to study the dynamics of its behaviour observed in the middle of the mould thickness. This midpoint of the mould thickness was treated as an operating point for the C - E transition. A full accumulation of the heat in the mould was postulated for the C - E transition. Thus, a plateau at the T(t) curve was observed at the midpoint. The range of the plateau existence tC - tE corresponded to the real period of transition, that occurs in the solidifying roll. At the second step of simulation, the thermal gradients field was studied. Three ranges were distinguished: a/ for the formation of the columnar structure (the C - zone): The columnar structure formation was significantly slowed down during incubation period. It resulted from a competition between columnar growth and equiaxed growth expected at that period of time. The relationship was postulated to correspond well with the critical thermal gradient, Gcrit.. A simulation was performed for the cast steel and cast iron rolls solidifying as if in industrial condition. Since the incubation divides the roll into two zones (columnar and equiaxed) some experiments dealing with solidification were made on semi-industrial scale. A macrosegregation equation for both mentioned zones was formulated. It was based on a recent equation for redistribution after back-diffusion. The role of the back-diffusion parameter was emphasized as a factor responsible for the redistribution in columnar structure and equiaxed structure.

PL

W pierwszym etapie symulacji wygenerowano numerycznie pole temperatury dla krzepnącego walca staliwnego oraz żeliwnego. Nie uwzględniono konwekcji uznając, że w pierwszym przybliżeniu konwekcja nie wpływa na przebieg transformacji C - E (struktura kolumnowa w równoosiową, CET). Uzyskane pole temperatury pozwala na analizę jego zachowania w środku grubości wlewnicy. Ten punkt wlewnicy zostałpotraktowany jako punkt operacyjny dla transformacji C - E. Postuluje się w tym modelu, że zachodzi pełna akumulacja ciepła we wlewnicy właśnie dla tej transformacji. Stąd, spłaszczenie krzywej T(t) jest obserwowane dla punktu operacyjnego. Zakres tego spłaszczenia oznaczony tC - tE odpowiada rzeczywistemu okresowi transformacji, tRC - tRE który pojawia się w krzepnącym walcu. W drugim etapie symulacji analizuje się gradientowe pole temperatury. Wyróżniono trzy jego zakresy: a/ dla formowania się struktury kolumnowej (strefa C): b/ dla transformacji struktury kolumnowej w strukturę w pełni równoosiową (okres inkubacji), C - E: Powstawanie struktury kolumnowej wyraźnie zwalania w okresie inkubacji. Wynika to z konkurencji między wzrostem struktury kolumnowej i równoosiowej. Postuluje się że zaobserwowana zależność dobrze odpowiada krytycznemu gradientowi temperatury, Gcrit.. Symulacja została przeprowadzona zarówno dla walców staliwnych jak i żeliwnych dla warunków zbliżonych do przemysłowych. Ponieważ tzw. inkubacja dzieli walec na dwie strefy (kolumnową i równoosiową) pewne eksperymenty związane z symulacją zostały przeprowadzone w skali półprzemysłowej celem konfrontacji z obliczeniami. Sformułowano równanie określające makrosegregację w obu strefach. Bazuje ono na ostatnio zaproponowanym równaniu dla opisu redystrybucji po dyfuzji wstecznej. Podkreślono rolę parametru dyfuzji wstecznej jako czynnika odpowiedzialnego za redystrybucję w obu strefach strukturalnych.

Słowa kluczowe

EN

solidifying roll; thermal gradient field; columnar into equiaxed structure transition; macro-segregation index

PL

walec krystalizujący; gradientowe pole temperatury; transformacja CET; makrosegregacja

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 57, iss. 1
• Strony: 105--117
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wołczyński W.

autor

Guzik E.

autor

Wajda W.

autor

Jędrzejczyk D.

autor

Kania B.

autor

Kostrzewa M.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences, 30-059 Kraków, 25 Reymonta STR., Poland

Bibliografia

• [1] J. D. Hunt, Steady State Columnar and Equiaxed Growth of Dendrites and Eutectics, Materials Science and Engineering 65, 75-83 (1984).
• [2] A. E. Ares, C. E. Schvezov, Solidification Parameters during Columnar-to-Equiaxed transition in Lead-Tin Alloys, Metallurgical and Materials Transactions 31A, 1611-1625 (2000).
• [3] M. Hamdi, M. Bobadilla, H. Combeau, G. Lesoult, in: Modelling of Casting, Welding and Advanced Solidification Processes VIII, eds B. G. Thomas and Ch. Beckerman. TMS, 375-382 Warrendale, PA, 1998.
• [4] Ch. A. Gandin, From Constrained to Unconstrained Growth during Directional Solidification, Acta Materialia 48, 2483-2501 (2000).
• [5] ABAQUS Theory Manual, Academic Computer Centre CYFRONET, AGH - University of Science and Technology.
• [6] W. Wołczyński, Back-Diffusion Phenomenon during the Crystal Growth by the Bridgman Method, Chapter 2. in the book: Modelling of Transport Phenomena in Crystal Growth, eds J. S. Szmyd and K. Suzuki, WIT Press, 19-59 Southampton - Boston, 2000.
• [7] H. D. Brody, M. C. Flemings, Solute Redistribution in Dendritic Solidification, AIME Transactions 236, 615-623 (1966).
• [8] W. Wołczyński, W. Krajewski, R. Ebner, J. Kloch, The Use of Equilibrium Phase Diagram for the Calculation of Non-Equilibrium Precipitates in Dendritic Solidification. Theory, Calphad 25, 401-408 (2002).
• [9] G. Lesoult, M. Turpin, Etude Theorique sur la Croissance des Eutectiques Lamellaires, Memoires Scientifiques de la Revue de Metallurgie 66, 619-631 (1969).
• [10] W. Wołczyński, Concentration Micro-Field for Lamellar Eutectic Growth, Defect and Diffusion Forum 272, 123-138 (2007).
• [11] W. Wołczyński, R. Martynowski, J. Kowalski, W. Wajda, Langer & Muller-Krumbhaar Criterion in the Description of the Liquid Concentration at a Growing Dendrite Tip, Chapter: Material Processing in: Proceedings of the 7th World Conference on Experimental Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics, eds J. S. Szmyd, J. Spałek, T. A. Kowalewski, 1913-1920 Kraków - 2009.
• [12] M. Faryna, W. Wołczyński, T. Okane, Micro-analytical Techniques Applied to Phase Identification and Measurement of Solute Redistribution at the Solid/Liquid Interface of Frozen Fe-4.3Ni Doublets, Mikrochimica Acta 139, 61-65 (2002).
• [13] W. Wołczyński, E. Guzik, W. Wajda, B. Kania, Columnar Equiaxed Structure Transition in Solidifying Rolls, Proceedings of the 14 International Heat Transfer Conference - IHTC14, Washington - 2010, Melting and Solidification, p. 9.1-9.10 IHTC14-23048.
• [14] W. Wołczyński, J. Kloch, Mass Transport at the Solid/Liquid Interface during in situ Growth of Composites, Archives of Metallurgy and Materials 49, 339-354 (2004).