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01.04.2015 | Ausgabe 2/2015

Metallurgical and Materials Transactions B 2/2015

Numerical Simulation of Solidification Structure of ESR Ingot Using Cellular Automaton Method

Zeitschrift:
Metallurgical and Materials Transactions B > Ausgabe 2/2015
Autoren:
Xiaohua Wang, Ying Li
Wichtige Hinweise
Manuscript submitted February 5, 2014.

Abstract

The electroslag remelting (ESR) process is a widely used secondary remelting process for the production of high-value-added alloys and steels. The grain structure of ESR ingot has a great effect on the final properties of products. A multiscale mathematical model combining the macroscopic heat transport with the mesoscopic nucleation and grain growth was developed to predict the grain structure evolution of solidification ingot during the ESR process. A moving cell frame, which dynamically defines the calculation domain for grain structure simulation, was proposed to save the computation resources and time. The thermophysical properties of steel related to the solidification of rotor steel 30Cr1Mo1V were adopted in present model and the nucleation parameters, which were suitable for the ESR process, were determined using the trial and error method in numerical simulation. The multiscale mathematical model was validated by the comparison between predicted and experimentally observed grain structure, and the results showed that the model was capable of simulating the grain structure evolution during the ESR process. Finally, the preliminary investigation on the effect of industrial process parameters on the grain structure was carried out and the results showed that increasing melting rate caused finer columnar grain structure and changed the growth direction of columnar grain structure from the axial–radial growth into the radial growth at very high melting rate. Meanwhile, increasing the molten slag temperature made the columnar grain structure finer and reduced the thickness of the refined equiaxed grain layer both at the surface and bottom of the ESR ingot.

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