使用ProCAST软件进行模拟计算时，参数设置不同，得到的结果也有一定的差异。为了明确一套符合一重铸件缩孔缺陷预测的基本计算模型，本文以3 t试验件为例，开展了正交试验分析，明确影响缩孔分布的主要因素。同时，进行单因素分析，明确该因素对缩孔分布的影响趋势。最后，结合3 t试验件的实际浇铸结果，给出合理的模拟参数取值。

1 前处理设置

1.1 有限元模型

以3 t试验件为研究对象，建立几何模型并划分网格，试验件三维计算模型见图1。试验件材料为ZG270-500，成分见表1。其物性参数均由ProCAST软件计算得出。ZG270-500导热系数、密度、热焓和固相分数随温度的变化见图2。

图1 3 t试验件三维计算模型 Figure 1 Three dimensional calculation model of 3t test piece

表1 ZG270-500合金成分(质量分数，%) Table 1 Composition of alloy ZG270-500 (mass fraction, %)

CCrCuNiMoMnAlVSiPS0．350．180．0060．210．070．640．030．0050．290．0020．005

图2 ZG270-500导热系数、密度、热焓和固相分数随温度的变化图 Figure 2 Change drawing of ZG270-500 coefficient of thermal conductivity, density, enthalpy, and solid fraction with temperature

冷铁材料为ZG230-450，砂箱为呋喃树脂砂(面砂)和硅砂。所有物性参数均为随温度变化的曲线，提高计算的可信度。

1.2 边界条件设置

本计算在冒口顶部设置合理的热流密度和换热系数来取代发热剂的作用。各个界面之间的换热系数视重要程度分别设置常数与随温度变化的曲线，界面换热系数设置见表2。其中，砂箱外侧采用空冷，试验件与砂箱之间的界面换热系数是随时间变化的曲线(见图3)，浇注温度为1546℃。

2 正交试验设计

ProCAST软件中用于计算缩孔缩松的参数主要有3个[1]，分别为MACROFS、PIPEFS和FEEDLEN。除软件本身的计算参数影响外，冒口上方发热剂覆盖剂的保温性能也是影响冒口补缩能力的重要因素，因此，本文选取MACROFS、PIPEFS、FEEDLEN、发热剂覆盖剂的保温性能作为影响缩孔的因素，进行了四因素三水平的正交试验设计(见表3)。

根据模拟结果(见图4)，以一次缩孔深度与二次缩孔深度作为分析标准，通过正交分析(见表4)发现，对于一次缩孔的深度，MACROFS因素对其影响最大，HTC、FEEDLEN次之，PIPEFS影响最不明显；对于二次缩孔的深度，4个因素的影响程度由大到小依次为PIPEFS、HTC、MACROFS、FEEDLEN，但4个因素的影响程度相差不大。综合来看，对于缩孔的位置判定，明确MACROFS、发热剂覆盖剂的保温性能十分关键。

表2 界面换热系数设置(单位：W/(m2·K)) Table 2 The coeficient setting of interface heat transfer(Unit: W/(m2·K))

铸件⁃砂箱试验件⁃冷铁冷铁⁃砂箱砂箱外侧随温度变化200050010

图3 铸件-砂型换热系数随温度的变化图 Figure 3 Change diagram of heat transfer coefficient of casting sand mold with temperature

柳州地处于广西北部，因西江第二大支流—柳江的流经与哺育而得名。江河的贯穿，地形的平坦，都为柳州的文明演化和城市发展奠定了坚实基础。

马铃薯病毒病传播途径主要是靠蚜虫传播，因此防病同时要治虫防。防病毒病可用20%病毒A可湿性粉剂500倍液;32%核苷溴吗啉胍30-50ml兑水30公斤，病菌速灭13ml/亩，1.5%植病灵K号乳剂1000倍液、15%病毒必克可湿性粉剂500一700倍液等杀菌农药。防治蚜虫可用氧化乐果和吡虫啉类杀虫剂。改进栽培措施。包括留种远离茄科菜地;避免过施氮肥增施磷钾肥。

表3 四因素三水平的正交表设计 Table 3 Orthogonal table design of four factors and three levels

因素水平L9(34)正交表AFEEDLEN12315525BHTC123513CPIPEFS1230．10．50．3DMACROFS1230．90．70．5试验号ABCD123456789111222333123123123123231312123312231

图4 9个正交试验的缩孔分布图 Figure 4 The porosity distribution diagram of 9 orthogonal experiments

表4 缩孔深度正交分析 Table 4 Orthogonal analysis of porosity depth

试验号FEEDLENmmHTCW/(m2·K)PIPEFSMACROFS缩孔深度mm一次缩孔二次缩孔一次缩孔二次缩孔一次缩孔二次缩孔一次缩孔二次缩孔一次缩孔二次缩孔1234567891515155552525251515155552525255135135135135135130．10．50．30．50．30．10．30．10．50．10．50．30．50．30．10．30．10．50．90．70．50．50．90．70．70．50．90．90．70．50．50．90．70．70．50．9346297231232521320276263488703641680678614676684679593ⅠⅡⅢ极差R29135834266675656652232853603467668864565044310339343336866376594945229824221063766767942--------

3 缩孔敏感因素分析

3.1 ProCAST计算缩孔的参数对缩孔的影响

翁结水库位于云南省临沧市耿马傣族佤族自治县，为澜沧江二级支流南碧河上规划建设的一座中型水库，总库容3880万m3，坝址距离澜沧江一级支流小黑江口67km。水库开发任务主要为生产生活和灌溉供水。水库运行后，坝址下游河道水量减少，造成了长67km的河段不同程度减水。河道减水后将使区间河流水面缩窄，水深变浅，流速趋小，河流的纳污能力下降，另一方面，灌区退水经沿线支流又汇入南碧河。为确保工程运行后，减水河段水质目标不下降，需下泄一定水量用于下游河道污染物稀释水量。

通过上述一系列的敏感性试验，设置合理的模拟参数，得到的最终模拟结果(见图9)显示，一次缩孔与冒口底部距离87 mm，二次缩孔距离43 mm，其中，模拟计算中的二次缩孔区域不代表此处有孔洞，而是该位置处致密度没有达到100%。实际铸件的冒口处一次缩孔与冒口底部距离98 mm，且未出现二次缩孔。从模拟计算与实际冒口中的缩孔形貌对比图(见图10)可以看出，模拟计算结果与实际结果吻合较好。

PIPEFS增大，一次缩孔上方的形状由直锥形变为圆滑的碗形(见图5)。理论上讲，PIPEFS增大，一次缩孔深度增大，而本计算中PIPEFS对一次缩孔影响较小，可能原因：冒口上方的保温效果较好，PIPEFS对其影响有限。

MACROFS=0.7的水平中，FEEDLEN增大，对自由表面的重新熔化影响有限(见图7)，因此，一次缩孔几乎没有变化；FEEDLEN增大，钢液的补缩能力提高，铸件更加紧实致密，二次缩孔变大。初步判断，相较而言，MACROFS对缩孔的影响要大于FEEDLEN。

3.2 冒口上方界面换热系数对缩孔的影响

(1)现场冒口上方保温效果较好，推荐使用HTC=1 W/(m2·K)；

前一天妻子跟我说，要去省立医院看皮肤病。我说，你想去你去吧。不想妻子自投罗网，像是走进鬼门关。那一刻，医院人多嘈杂，大姐坐身边，妻子却似孤身一人待在一座孤零零的荒岛上面。

图5 PIPEFS对缩孔的影响 Figure 5 The effects of PIPEFS to porosity

图6 MACROFS对缩孔的影响 Figure 6 The effects of MACROFS to porosity

图7 FEEDLEN对缩孔的影响 Figure 7 The effects of FEEDLEN to porosity

图8 冒口上方界面换热系数对缩孔的影响 Figure 8 The effects of heat transfer coefficient at the upper interface of the rise to porosity

3.3 模拟结果与试验结果对比

图9 模拟的冒口形貌与实际形貌对比图 Figure 9 Comparison of simulated riser morphology with the actual morphology

图10 冒口形貌尺寸对比图 Figure 10 Contrast diagram of the shape and size of the riser

MACROFS增大，一次缩孔上方的形状由圆滑的碗形变为直锥形(见图6)。MACROFS增大，钢液的补缩能力提高，配合FEEDLEN，能够将已凝固结壳的自由表面重新熔化，达到PIPEFS值以下，液面继续下降，因此，一次缩孔深度增大。同理，二次缩孔上升，形状变圆。

4 结论

本文开展了一系列缩孔敏感性试验，结合实际浇铸结果，得出一套适用于一重实际生产的铸件模拟计算方法，具体参数推荐值如下：

冒口上方的界面换热系数增大，散热量增多，自由表面的钢液凝固加快，导致一次缩孔深度变浅(见图8)。钢液凝固变快，导致钢液的补缩能力下降，因此，二次缩孔增大。

山西省日前创新市场化机制，引入中交疏浚（集团）股份有限公司作为战略投资方，组建汾河流域投资公司，统筹项目资金，以市场化方式满足工程建设需求，对汾河进行全流域系统治理。

(2)MACROFS选取较大值，推荐使用0.99；

(3)PIPEFS选取较大值，推荐使用0.5；

(4)FEEDLEN影响不大，推荐使用较小值1 mm。

以上结论是在一次浇铸实验基础上得出的，模拟参数的通用性还有待进一步的实验验证。