Plunging Jet Impact in Industrial Scale Casting Processes

Zusammenfassung

Verbundgießprozesse mit mehreren Legierungen und Gussschritten können vor allem auf Abfüll- und Strömungsphänomene sehr empfindlich reagieren. Der untersuchte großindustrielle Abguss, welcher aus mehreren Teilen besteht, benötigt das Wiederaufschmelzen von bereits abgegossenen Zylindern, wenn ein zweites Material in den bereits erstarrten Zylinder gegossen wird. Das Aufschmelzen des Zylindermaterials ist kritisch bzgl. der Ausbildung einer kohärenten Verbindungszone zwischen den beiden Stahllegierungen; ein zu geringes Aufschmelzen bewirkt eine schwache Verbindungszone, während übermäßiges Aufschmelzen das Grundmaterial kontaminiert. Das stark ausgebildete Konvektionsmuster, das beim Eingießen in das flüssige Grundmaterial entsteht, hat großen Einfluß auf Makroseigerungen im Guss, spielt jedoch auch eine große Rolle bei der Bestimmung des Anteils von aufgeschmolzenem Zylindermaterial. Simulationen haben gezeigt, dass beim Abgießen sehr starke Zirkulationsmuster entstehen, die dafür verantwortlich sind, dass es zum Aufschmelzen und Vermischen des Zylindermaterials und des Grundmaterials kommt. Ein besseres Verständnis der Einflüsse auf den Abfüllprozess ist nötig, um diese Transportphänomene zu verstehen und um den Gießprozess bzgl. der Schmelzzone zu verbessern und so langlebigere Verbundgießprozesse zu ermöglichen.

Summary

Composite casting processes involving multiple alloys and casting steps can be particularly sensitive to filling and fluid flow phenomena. The industrial scale multipart casting investigated here requires the remelting of precast cylinder material when a second bulk material is poured into the solidified cylinder. The remelting of the cylinder material is critical to the formation of a coherent bonding zone between these two steel alloys; too little remelting creates a weak bonding zone and too much melting contaminates the bulk material. The strong convection patterns in the liquid bulk material, arising during filling, have a large effect on the macrosegregation in the casting but also play a dominant role in determining the amount of remelting occurring in the cylinder material of the casting. Simulations have shown that very large circulations patterns develop in the casting, driving remelting and mixing the cylinder material into the bulk of the casting. Understanding the influence of filling on these transport phenomena is essential to the development and improvement of the casting process in terms of achieving the desired bonding zone and a durable composite casting.