本文關(guān)鍵詞：高通量連鑄連軋鋁合金板帶生產(chǎn)用鑄嘴研究

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【摘要】：高通量連鑄連軋鋁板帶工藝是建立在水平連鑄基礎上的新型高效率、短流程、低能耗的生產(chǎn)工藝。電解的鋁熔體經(jīng)過高通量連鑄連軋機和熱三連軋,直接成型為2mm-8mm的板坯,在此過程中,鋁熔體的流通量可高達50t/h。鑄嘴作為直接把鋁熔體送入高通量連鑄連軋機的關(guān)鍵部件,其選用材質(zhì)及結(jié)構(gòu)均非常重要。目前,生產(chǎn)線上所使用的鑄嘴材料均需進口,其高昂的價格是鋁板帶成本無法降低的主要原因；此外,鑄嘴結(jié)構(gòu)固定,無法根據(jù)生產(chǎn)情況進行調(diào)控,在生產(chǎn)含鎂量較高的鋁合金時容易發(fā)生鑄嘴堵塞,只能停機更換鑄嘴繼續(xù)生產(chǎn),此過程不僅浪費大量人力物力,還大大降低生產(chǎn)效率。因此,就鑄嘴材料及結(jié)構(gòu)的研究,對鑄嘴堵塞分析機理以及高通量連鑄連軋用鑄嘴國產(chǎn)化的推進均有著重要的意義。本文針對生產(chǎn)過程中使用鑄嘴的材料及結(jié)構(gòu)進行研究。在材料分析方面,從外觀形態(tài)、微觀形貌及組織和性能對進口高通量連鑄連軋所用鑄嘴進行系統(tǒng)分析,同時與選取的四種國產(chǎn)供雙輥鑄軋用鑄嘴材料進行對比,通過分析國內(nèi)外鑄嘴材料的差異,探討高通量連鑄連軋用鑄嘴國產(chǎn)化的可行性,為高通量連鑄連軋用鑄嘴國產(chǎn)化提供依據(jù)。在鑄嘴結(jié)構(gòu)方面,主要分析高通量連鑄連軋目前所用兩種結(jié)構(gòu)的鑄嘴,通過計算機模擬的方法,模擬其鑄嘴型腔內(nèi)熔體的流動情況并分析其規(guī)律；最后,結(jié)合鑄嘴材料與結(jié)構(gòu)兩方面因素,對生產(chǎn)高鎂含量鋁合金時鑄嘴的堵塞機理進行了分析驗證。通過對鑄嘴材料的分析發(fā)現(xiàn),國內(nèi)外鑄嘴材料在外觀形態(tài)與微觀形貌方面差異較小,且鑄嘴生產(chǎn)的工藝接近,因此高通量連鑄連軋用鑄嘴材料國產(chǎn)化可行性較高。國內(nèi)外鑄嘴材料的主要差異表現(xiàn)在使用的纖維基材上：進口鑄嘴所使用的硅酸鋁纖維為晶態(tài)纖維,而國產(chǎn)鑄嘴用纖維的為非晶態(tài)。晶態(tài)纖維在耐火度及使用壽命方面,均明顯優(yōu)于非晶態(tài)纖維。因此,進口鑄嘴在保溫性能和使用壽命方面要優(yōu)于國產(chǎn)鑄嘴。通過建立高通量連鑄連軋鑄嘴型腔內(nèi)鋁熔體流動模型,通過計算機模擬發(fā)現(xiàn),鑄嘴型腔內(nèi)鋁熔體的流動狀態(tài)為湍流,且各部分的流動狀態(tài)均不相同,大體可分為三個部位：靠近型腔中心部位,流速快且流動較為平穩(wěn)；靠近型腔壁面處,流速緩慢且平穩(wěn)；介于中間的部位,流速中等但流動狀態(tài)復雜多變。對鑄嘴出口處速度曲線研究,其結(jié)果表明,鑄嘴靠近兩端的出口速度要明顯高于中間部位的出口速度。鑄造速度、鑄板寬度以及鑄嘴型腔內(nèi)表面粗糙度對鑄嘴型腔內(nèi)熔體的流動均有顯著的影響。隨著鑄造速度的不斷增加型腔內(nèi)熔體流動的湍流狀態(tài)也更為復雜；隨著鑄造寬度的不斷增加,鑄嘴出口處邊部與中間出口速度差距隨之增大；隨著鑄嘴型腔內(nèi)表面粗糙度的不斷增加,近壁面區(qū)域平穩(wěn)的流動情況被打破,取而代之的是復雜的湍流,這更加劇了掛渣現(xiàn)象。通過對鑄嘴堵塞的熱力學計算、動力學分析和鑄嘴渣層SEM和XRD分析并結(jié)合鑄嘴材料及鑄嘴型腔內(nèi)熔體流動規(guī)律,得出高Mg含量鋁合金板帶在生產(chǎn)中出現(xiàn)鑄嘴堵塞的機理為：熔體中的Mg在生產(chǎn)過程中會不斷地與鑄嘴材料反應,并且熔體中的細小夾雜物會在表面不斷沉積,當沉積達到一定程度時會改變型腔內(nèi)熔體的流場與溫度場,使得熔體在中間凝固,造成堵塞。
【關(guān)鍵詞】：高通量連鑄連軋 鑄嘴 硅酸鋁纖維 流場 鑄嘴堵塞
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG335.9;TG333
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 1 緒論14-24
• 1.1 高通量連鑄連軋鋁板帶工藝14-15
• 1.2 鑄軋鑄嘴的發(fā)展狀況15-20
• 1.2.1 鑄嘴結(jié)構(gòu)的發(fā)展概述15-17
• 1.2.2 鑄嘴材料的發(fā)展概述17-20
• 1.2.3 鑄嘴的制作工藝概述20
• 1.3 鑄軋鑄嘴計算機模擬國內(nèi)外研究現(xiàn)狀20-22
• 1.4 選題的意義及主要研究內(nèi)容22-24
• 1.4.1 選題的意義22
• 1.4.2 本文研究的主要內(nèi)容22-24
• 2 實驗材料及分析方法24-28
• 2.1 實驗原材料24
• 2.2 實驗設備及模擬軟件24-25
• 2.3 鑄嘴材料外觀、組織及性能分析25-26
• 2.4 鑄嘴型腔內(nèi)流場計算機數(shù)值模擬26-28
• 3 高通量連鑄連軋用鑄嘴材料研究28-42
• 3.1 引言28
• 3.2 鑄嘴整體外觀結(jié)果分析28-29
• 3.3 鑄嘴體積密度測試結(jié)果與分析29-30
• 3.4 鑄嘴渣球含量測定結(jié)果與分析30-32
• 3.5 微觀形貌分析及平均纖維直徑測定結(jié)果與分析32-38
• 3.6 XRD分析38-40
• 3.7 熱導率測試結(jié)果與分析40
• 3.8 本章小結(jié)40-42
• 4 高通量連鑄連軋用鑄嘴型腔內(nèi)熔體流場計算機數(shù)值模擬42-63
• 4.1 引言42
• 4.2 熔體流場數(shù)學模型的建立及相關(guān)參數(shù)的確定42-49
• 4.2.1 熔體模型的建立42-44
• 4.2.2 網(wǎng)格劃分44-45
• 4.2.3 熔體的流態(tài)及屬性分析45-47
• 4.2.4 熔體流場的控制方程47-48
• 4.2.5 邊界條件的確定及模型計算時的假定條件48-49
• 4.3 模擬結(jié)果及分析49-59
• 4.3.1 總體規(guī)律分析49-53
• 4.3.2 鑄造速度對鑄嘴內(nèi)熔體流場的影響53-56
• 4.3.3 鑄嘴寬度對鑄嘴內(nèi)熔體流場的影響56-58
• 4.3.4 鑄嘴內(nèi)部表面粗糙度對熔體流場的影響58-59
• 4.4 實驗驗證59-61
• 4.5 本章小結(jié)61-63
• 5 高通量連鑄連軋生產(chǎn)高Mg含量鋁合金用鑄嘴堵塞機理探究63-71
• 5.1 引言63
• 5.2 鑄嘴堵塞的理論分析63-65
• 5.2.1 鑄嘴堵塞熱力學分析63-64
• 5.2.2 鑄嘴堵塞流體動力學分析64-65
• 5.3 鑄嘴堵塞的實驗分析65-69
• 5.3.1 宏觀分析65-66
• 5.3.2 渣層XRD分析66-67
• 5.3.3 堵塞鑄嘴SEM分析67-69
• 5.4 鑄嘴堵塞機理69-70
• 5.5 本章小結(jié)70-71
• 6 結(jié)論與展望71-73
• 6.1 結(jié)論71-72
• 6.2 展望72-73
• 參考文獻73-77
• 致謝77-78
• 個人簡歷及在學期間的學術(shù)成果78

【引證文獻】

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 關(guān)紹康;;鋁合金板帶連鑄連軋節(jié)能新工藝關(guān)鍵技術(shù)研究[A];鋁冶煉節(jié)能新技術(shù)研討會論文集[C];2011年

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本文編號：555964