双辊铸轧Al-Mn-Mg系铝合金铸嘴腔结渣物分析研究

为解决Al-Mn-Mg系铝合金铸轧生产过程中熔体粘稠、含杂质多、易结渣问题,采用XRD对铸嘴腔中的结渣物上下面物相进行定性、定量检测分析。结果表明:在铸嘴前沿结渣物上表面中,Al_(2)O_(3)、K_(2)MnF_(6)和Mg_(2)(BO_(3))F是主要的夹杂物,占总夹杂物含量的81.32%;结渣物下表面中,Al_(2)O_(3)和LiF·MgO是主要的夹杂物,占总夹杂物含量的84.76%。针对检测结果,从原铝纯净度和精炼剂的有效成分控制两方面入手,成功解决了双辊铸轧Al-Mn-Mg系铝合金铸嘴结渣难题。

镁合金双辊铸轧铸嘴内部熔体流动数值模拟

分析了铸嘴内部分流结构对型腔内镁合金熔体流场、温度场产生的影响。采用有限差分的SOLA-VOF法,建立镁合金双辊铸轧立板过程中流动区域的三维流场与温度场耦合模型,在相同的铸轧立板条件下(前箱液面高度、前箱熔体温度固定),数值模拟了不同形状的铸嘴型腔结构对熔体流动速度及温度分布的影响。模拟结果表明,分流块的大小、形状及位置对温度场及流动场影响显著,采用小尺寸、多数量的分流块将有利于在铸嘴型腔内形成均匀的流动场和温度场。通过工艺试验,验证了模拟结果,根据模拟结果改进了铸嘴内部结构,使金属熔体流场、温度场分布均匀,获得了高质量的镁合金铸轧板材。

铸嘴结构对3004铝合金铸轧流热场的影响及其优化设计

针对3004铝合金铸轧生产中熔体流动性差、铸嘴布流困难、易造成板面缺陷的现象,采用高温熔体黏度测量仪对3004铝合金熔体黏度进行测量,根据实测物理参数与生产工况,采用COMSOL Multiphysics软件对熔体在2种不同结构铸嘴中的流热场进行有限元模拟分析,根据模拟结果对铸嘴结构进行优化设计与实验检测。研究结果表明：在660~750℃范围内其黏度μ与温度θ的关系可表达为μ=10^-3×exp（0.059＋621.379/θ）;当铸嘴入口2边的挡块与水平方向成8°倾斜角,挡块与分流块间间距为30 mm时,铸嘴型腔内容易产生涡流,流热场分布不均匀;当铸嘴入口2边挡块水平设置,挡块与分流块间间距为50 mm时,熔体流动平缓,流热场分布较均匀。实验验证了模拟结果的准确性与优化方案的可行性。

哈兹列特连铸连轧AA5052铝合金铸嘴挂渣成分及形成机理研究

采用SEM、EDS、XRD等方法研究了哈兹列特连铸连轧AA5052铝合金过程中铸嘴挂渣的成分和机理,并利用热力学吉布斯自由能计算了形成铸嘴挂渣结合物的驱动力,分析了挂渣结合物的反应形成过程.研究发现,铸嘴挂渣的主要成分为尖晶石、镁橄榄石、硅酸镁等.铸嘴中的SiO2或Al2O3与AA5052合金熔体中的Al、Mg和MgO等在铸造过程中长时间接触发生反应,生成尖晶石、镁橄榄石、硅酸镁等,其中主要是尖晶石成分,最终导致铸嘴挂渣.

铝熔体在铸嘴型腔中的传热及凝固现象分析

在双辊铝带坯铸轧工艺中,前箱铝熔体的温度对金属熔体在铸嘴型腔中的流动性能、铸轧速度和铝带坯质量有重要影响,而确定前箱铝熔体温度的基本依据是熔体在铸嘴型腔中的能量损失.目前,双辊铸轧铝带坯生产中前箱铝液温度主要通过经验或大量试验确定.通过分析金属熔体在铸嘴型腔中的对流换热及凝固现象,建立了非稳态和稳态传热过程中金属熔体在铸嘴型腔中的温度变化近似数学模型.这对合理确定参数(铸轧速度、铸嘴的几何尺寸和环境温度等)不同时前箱熔体温度提供了理论依据.

铝铸轧用铸嘴的优化设计

通过对铝合金连续铸轧机生产原理的了解和对典型铸嘴结构性能的分析及研究,对铸嘴的整体结构、内部型腔、布流系统及分流块进行了设计和选材。采用AutoCAD2008的绘图功能,进行几何造型设计,得到了一个较为实用、高效的铸轧机铸嘴。并对二级和三级分流块优缺点进行比较,分析了对铸嘴材料进行表面涂覆的可行性。

双辊铸轧铸嘴内部铝液流动的三维数值仿真

针对在常规铸轧条件下结构型式完全不同的2种铸嘴,根据实际工况,分别应用层流模型和低雷诺数的k-ε湍流模型,用商业软件CFX(version4.2)对铝液在其内部的流动进行了三维数值仿真。研究结果表明:对于应用层流模型的铸嘴结构,其内部铝液流动的仿真结果与水模实验结果基本一致;对于应用低雷诺数的湍流模型的铸嘴结构,其内部铝液流动的仿真结果能较好地为铸嘴结构及参数的改进提供依据。尽管2种铸嘴结构的差异很大,铸嘴入口处的流动状态不同,分别处于层流和湍流的状态,但铸嘴出口处沿铸轧方向的流速分布规律在铸嘴宽度和高度方向非常相似。

铝铸轧铸嘴分流块对型腔流场影响的研究

根据有效雷诺数Ｒｅｅｆｆ相似准则，做了铝铸轧铸嘴型腔熔体流动的水模拟实验，实验结果显示铸嘴型腔熔体流动行为受分流块相对位置、分流块结构尺寸、分流块数目影响很大，认为：使用小尺寸分流块，或适当增加分流块数目以及对于渐扩式侧壁的铸嘴型腔，转动分流块使其平行于侧壁，都能够获得更均匀的出口分布速度。

铝铸轧铸嘴壁面复合传热分析

分析了铸嘴壁面复合传热方式，计算了不同导热系数和不同壁面厚度的壁面传热率，通过分析得出结论：铸嘴材料导热系数和铸嘴壁厚度尺寸对壁面传热率影响大，铸嘴型腔温度对壁画传热率影响小，对于同一材料和壁面厚度尺寸的铸嘴，常规铸轧和超薄快速铸轧的热损失基本相同。

网格划分对铸嘴型腔流场有限元分析的影响

采用四边形自由网格和四边形映射网格2种不同网格划分方法,分别对一种小型双辊铝铸轧机上的铸嘴型腔的内部流场进行了2维有限元建模和计算分析,并对这2种不同网格划分模型的计算结果进行比较,从对称性、收敛性和计算过程误差分析3个方面,证明映射网格方法是一种具有较高精度的网格划分方法,并从理论上对2种方法存在的结果差异进行简要分析。在流体有限元分析中,采用映射网格不仅有助于减少由于网格划分带来的计算误差,还能防止运算发散,有利于获得更精确的结果。当模型比较复杂,几何形状很不规则,无法在模型中全部采用映射网格划分时,要多使用映射网格,少用自由网格,以减少由于网格划分带来的有限元分析的误差。

铝铸轧铸嘴型腔的计算机仿真设计

采用一个k-e低雷诺数紊流模型建立铸嘴型腔三维流动与传热的数学模型,通过对分流块几何尺寸、数目、形状影响铸嘴型腔熔体出口速度和温度的计算机仿真,得知分流块几何尺寸减小可以明显降低铸嘴型腔出口处熔体速度相对误差,使熔体温度沿铸嘴宽度方向分布更均匀。因此,在保证铸嘴结构刚度的前提下,应尽量延长型腔长度以及减小分流块尺寸。

双辊铸轧1100铝合金铸嘴结构的优化设计

采用ANSYS FLUENT对双辊铸轧1100铝合金Hunter式铸嘴进行有限元模拟,研究铸嘴型腔结构对铝熔体流热场的影响,并对铸嘴结构进行改进边部挡块、增加主分流块尺寸以及增加圆角的模拟优化设计及实验验证。结果表明:在660~700℃内,铝熔体黏度η与温度T的数学关系式为η=4.7892×10^(-3)exp(3959.4208/T)。优化前铸嘴型腔内铝熔体流速、温度分布不均匀,且分流块间隙存在低温涡流区。采取四分之一椭圆边部挡块代替原有三角边部挡块,主分流块尺寸由140 mm增加至160 mm以及主分流块采取15°圆角,可使铸嘴型腔出口处铝熔体速度和温度波动范围显著缩小,提高铸嘴型腔出口处铝熔体流热场的均匀性。实验验证了铸嘴结构优化设计的可行性。

铝铸轧用铸嘴技术发展状况

阐述了铸嘴型腔布流的重要性,分析了布流不当引起的铸坯缺陷,总结了铸嘴技术发展状况及其特点。

基于ANSYS的铸嘴流体耦合场三维有限元仿真分析

作者用大型有限元分析软件ANSYS对铸嘴内稳态层流铝熔体进行仿真分析 ,实现了三维建模 ,解决了三维热 流耦合求解的问题 ,得到铝流体的速度、压力及温度的分布图 ,分析了铸嘴出口速度和温度的分布规律及其对连续铸轧的影响。

基于ANSYS的铸嘴流体耦合场三维有限元仿真分析

采用大型通用有限元分析软件ANSYS对铸嘴内稳态层流铝熔体进行仿真分析,实现了三维建模,解决了三维热-流耦合场耦合求解的问题,得到铝流体的速度、压力及温度的分布图,分析了铸嘴出口速度和温度的分布规律及其对连续铸轧的影响。

铸嘴型腔形状对型腔流场影响的二维有限元分析

分析了某小型双辊铝铸轧机上的铸嘴内部型腔的形状对铸嘴型腔内流场产生的影响。使用了通用的有限元分析软件ANSYS ,对结构进行简化 ,建立二维有限元模型 ,加载计算 ,最后分析求解的结果。力图通过数值模拟 ,进行虚拟的流体流动实验 ,从而找到在相同的铸轧立板速度 (即铝熔体在铸嘴型腔的入口流量保持不变的情况 )下 ,不同形状的型腔对其内部铝熔体的流场速度的影响规律 ,为指导实际型腔的设计提供了数值模拟的有力依据。通过二维有限元数值模拟分析发现 ,在相同的流量下 :侧边形状为直边时 ,入口宽度在 14 0mm左右 ,出口速度的 y向均整性最好 ;相同入口宽度下 。

铝合金双辊铸轧铸嘴内部熔体流动数值模拟及对表面质量的影响

利用有限差分的SOLA-VOF法,建立了三维温度场和流场的模型,在相同的条件下,数值模拟了一级和三级结构的铸嘴内部结构对铝液的流动温度和速度分布的影响.并通过试验得以验证,其结果表明采用优化的三级分流结构的铸嘴内部,使铝液的温度和速度分布更加均匀,改善了铸轧坯料的表面质量,使得后期生产铝箔的表面暗纹减少,提高了质量.

铝板带连铸连轧铸嘴板材制备及可加工性能的研究

以硅酸铝陶瓷纤维、高岭土、三聚磷酸铝等为主要原料,分别以硅溶胶和硅溶胶-环氧树脂为结合体系,经制浆、浇注成型后,在不同温度(分别为25、30、35、40、45、50和60℃)下保温不同时间(分别为40、60、90和120 min)进行固化,再经120℃干燥和800℃热处理,制成连铸连轧铸嘴材料试样,然后检测试样的硅溶胶迁移层厚度和常温抗折强度,并分析其显微结构。结果表明:1)在固化温度相同时,不同结合体系试样的硅溶胶迁移层厚度均随固化时间的延长而减小;在固化时间相同时,不同结合体系试样的硅溶胶迁移层厚度基本上随固化温度的升高而呈先减小后增大的变化趋势;总体来看,以40℃固化120 min的固化条件为佳。2)硅溶胶-环氧树脂复合结合试样的硅溶胶迁移层厚度和常温抗折强度均比硅溶胶自固化结合试样的小。3)硅溶胶-环氧树脂复合结合体系比硅溶胶自凝胶体系得到的材料可加工性能优越,但前者的力学强度将略低于后者。

不同调节方式影响铸嘴型腔出口速度、出口温度分布的研究

本文研究了两种典型入口速度调节方式对铸嘴型腔流场和温度场的影响,通过数值方法对铸嘴型腔非定常流动和传热进行了仿真分析,结果表明:在同一变化幅值情况下,入口速度阶跃变化、斜坡函数变化后的熔体出口速度、出口温度分布基本相同.

电磁铸轧铸嘴支撑面板热应力分析和结构改进

利用ANSYS有限元分析软件建立了铸嘴支撑面板温度-应力耦合分析的三维有限元计算模型.为了优化面板内的应力分布,减小热位移,特别是与铸嘴平面稳定性直接相关联的竖直方向热位移,对面板进行了结构改进,并对实际工况下面板的热应力分布进行了计算研究.研究结果表明:面板内存在显著的热应力,应力集中现象明显;面板总体上出现了较大的热位移,特别是在竖直方向,热位移量为最大,导致面板因变形过大失效.改进后面板的热应力在总体数值上有所升高,但应力集中现象有所改善,在竖直方向的热位移量已显著减小,能很好地满足电磁铸轧的工艺要求.