本文關(guān)鍵詞：基于ProCAST預(yù)埋鈮白銅管冷卻水套整體鑄造工藝研究

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【摘要】：鑄銅式冷卻水套是冶金爐的關(guān)鍵冷卻元件,在實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化冶金的同時(shí),也起到了保護(hù)爐襯、延長(zhǎng)爐體壽命的作用。鑄銅式冷卻水套冷卻效果與Cu/管界面及管的導(dǎo)熱性能相關(guān),而界面的導(dǎo)熱性能取決于界面結(jié)構(gòu)。Cu/Cu水套,Cu管易熔穿;Cu/Fe水套,Cu與Fe互溶度低,Fe管導(dǎo)熱差;Cu/NiCu合金水套,界面冶金結(jié)合,可經(jīng)受住高熱負(fù)荷,但NiCu導(dǎo)熱率低,水套熱面溫度高,不利于爐襯渣皮的形成和重建。本文針對(duì)預(yù)埋純銅管、鋼管、NiCu合金管鑄造工藝難點(diǎn),以鈮白銅合金管(CuNi30Nb3Fe1)為預(yù)埋管,整體鑄造鑄銅冷卻水套,采用ProCAST軟件模擬水套鑄件充型和凝固過(guò)程和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)合,優(yōu)化了預(yù)埋白銅管鑄銅冷卻水套鑄銅整體鑄造工藝,系統(tǒng)分析了鑄銅與預(yù)埋管界面結(jié)合狀態(tài)。獲得主要結(jié)論如下。水套試驗(yàn)件尺寸為150mm×100mm×96mm,預(yù)埋鈮白銅管內(nèi)徑為36mm壁厚為4mm。針對(duì)純銅鑄件凝固特點(diǎn)和預(yù)埋管水套試驗(yàn)件結(jié)構(gòu)特點(diǎn),選擇了水套鑄件澆注位置,采用比例法設(shè)計(jì)了冒口,設(shè)計(jì)了底注開(kāi)放式、中注開(kāi)放式、頂注開(kāi)放式等三種澆注系統(tǒng)。鑄造過(guò)程模擬結(jié)果表明:澆注溫度為1250℃,入口速度為1.0m/s,埋管預(yù)熱溫度為250℃時(shí),底注開(kāi)放式充型平穩(wěn)且鑄件沒(méi)有縮孔縮松缺陷出現(xiàn)。澆注系統(tǒng)為底注開(kāi)放式,不同澆注溫度下水套試驗(yàn)件埋管溫度場(chǎng)模擬結(jié)果表明:澆注溫度在1280℃~1320℃范圍內(nèi),預(yù)埋管外表面所取5個(gè)特殊位置節(jié)點(diǎn)最高溫度均達(dá)到其熔點(diǎn)1185.32℃并持續(xù)了一段時(shí)間,內(nèi)表面各節(jié)點(diǎn)溫度均未達(dá)到其熔點(diǎn),說(shuō)明水套試驗(yàn)件界面發(fā)生熔合且埋管不被熔穿。澆注溫度為1350℃時(shí),預(yù)埋管內(nèi)表面最高溫度達(dá)到1192℃,超過(guò)埋管合金熔點(diǎn)并持續(xù)約29s,埋管被熔穿的可能性大。大氣條件下砂型鑄造了水套試驗(yàn)件,埋管預(yù)熱溫度為250℃時(shí),不同澆注溫度澆注得到的試驗(yàn)件界面熔合狀況分析結(jié)果表明:澆注溫度為1240℃時(shí),水套試驗(yàn)件界面部分機(jī)械結(jié)合,僅部分熔合;澆注溫度為1280℃、1320℃時(shí),水套試驗(yàn)件界面出現(xiàn)了熔合過(guò)渡層,且溫度為1320℃,過(guò)渡層更寬些。澆注溫度為1240℃、1280℃、1320℃水套試驗(yàn)件界面無(wú)間隙率分別為69.6%、98.2%、98.5%,澆注溫度為1350℃時(shí),預(yù)埋管被熔穿。工業(yè)用水套鑄件尺寸為1080mm×460mm×100mm,預(yù)埋鈮白銅管內(nèi)徑為36mm,壁厚為4mm。針對(duì)純銅鑄件凝固特點(diǎn)和工業(yè)用大型尺寸預(yù)埋管銅冷卻水套結(jié)構(gòu)特點(diǎn),選擇了水套鑄件澆注位置,采用比例法設(shè)計(jì)了冒口,設(shè)計(jì)了平澆底注式、立澆底注式、傾斜底注式三種澆注工藝方案。鑄造過(guò)程模擬結(jié)果表明:埋管預(yù)熱溫度為250℃時(shí),澆注溫度為1250℃,入口速度為1.0m/s時(shí),傾斜底注式充型過(guò)程沒(méi)有發(fā)生飛濺、紊流等現(xiàn)象,充型過(guò)程基本平穩(wěn),基本實(shí)現(xiàn)了順序凝固,出現(xiàn)縮孔縮松的可能性非常小。對(duì)傾斜底注式工藝方案通過(guò)加大冒口尺寸增大冒口補(bǔ)縮效果進(jìn)一步優(yōu)化,澆注溫度在1250℃,埋管預(yù)熱溫度為250℃,入口速度為1.0m/s模擬結(jié)果顯示,鑄件沒(méi)有出現(xiàn)縮孔縮松缺陷。澆注系統(tǒng)為傾斜底注式,不同澆注溫度和埋管預(yù)熱溫度下預(yù)埋管溫度場(chǎng)模擬結(jié)果表明,澆注溫度越高,埋管發(fā)生熔合的可能性越大。澆注溫度為1250℃、1300℃時(shí),預(yù)埋管分別在0.6mm、2mm壁厚處最高溫度達(dá)到其熔點(diǎn),并分別持續(xù)了約35s、32s。內(nèi)表面溫度均未達(dá)到其熔點(diǎn)。通過(guò)分析澆注溫度及埋管預(yù)熱溫度對(duì)熔合狀況的影響,確定埋管預(yù)熱溫度為250℃,澆注溫度在1250℃~1300℃能基本保證工業(yè)用預(yù)埋鈮白銅管銅水套界面實(shí)現(xiàn)良好冶金結(jié)合且預(yù)埋管不被熔穿。
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG24

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1141616