高通量连铸连轧铝合金板带生产用铸嘴研究

发布时间：2017-07-18 04:11

  本文关键词：高通量连铸连轧铝合金板带生产用铸嘴研究

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【摘要】：高通量连铸连轧铝板带工艺是建立在水平连铸基础上的新型高效率、短流程、低能耗的生产工艺。电解的铝熔体经过高通量连铸连轧机和热三连轧,直接成型为2mm-8mm的板坯,在此过程中,铝熔体的流通量可高达50t/h。铸嘴作为直接把铝熔体送入高通量连铸连轧机的关键部件,其选用材质及结构均非常重要。目前,生产线上所使用的铸嘴材料均需进口,其高昂的价格是铝板带成本无法降低的主要原因；此外,铸嘴结构固定,无法根据生产情况进行调控,在生产含镁量较高的铝合金时容易发生铸嘴堵塞,只能停机更换铸嘴继续生产,此过程不仅浪费大量人力物力,还大大降低生产效率。因此,就铸嘴材料及结构的研究,对铸嘴堵塞分析机理以及高通量连铸连轧用铸嘴国产化的推进均有着重要的意义。本文针对生产过程中使用铸嘴的材料及结构进行研究。在材料分析方面,从外观形态、微观形貌及组织和性能对进口高通量连铸连轧所用铸嘴进行系统分析,同时与选取的四种国产供双辊铸轧用铸嘴材料进行对比,通过分析国内外铸嘴材料的差异,探讨高通量连铸连轧用铸嘴国产化的可行性,为高通量连铸连轧用铸嘴国产化提供依据。在铸嘴结构方面,主要分析高通量连铸连轧目前所用两种结构的铸嘴,通过计算机模拟的方法,模拟其铸嘴型腔内熔体的流动情况并分析其规律；最后,结合铸嘴材料与结构两方面因素,对生产高镁含量铝合金时铸嘴的堵塞机理进行了分析验证。通过对铸嘴材料的分析发现,国内外铸嘴材料在外观形态与微观形貌方面差异较小,且铸嘴生产的工艺接近,因此高通量连铸连轧用铸嘴材料国产化可行性较高。国内外铸嘴材料的主要差异表现在使用的纤维基材上：进口铸嘴所使用的硅酸铝纤维为晶态纤维,而国产铸嘴用纤维的为非晶态。晶态纤维在耐火度及使用寿命方面,均明显优于非晶态纤维。因此,进口铸嘴在保温性能和使用寿命方面要优于国产铸嘴。通过建立高通量连铸连轧铸嘴型腔内铝熔体流动模型,通过计算机模拟发现,铸嘴型腔内铝熔体的流动状态为湍流,且各部分的流动状态均不相同,大体可分为三个部位：靠近型腔中心部位,流速快且流动较为平稳；靠近型腔壁面处,流速缓慢且平稳；介于中间的部位,流速中等但流动状态复杂多变。对铸嘴出口处速度曲线研究,其结果表明,铸嘴靠近两端的出口速度要明显高于中间部位的出口速度。铸造速度、铸板宽度以及铸嘴型腔内表面粗糙度对铸嘴型腔内熔体的流动均有显著的影响。随着铸造速度的不断增加型腔内熔体流动的湍流状态也更为复杂；随着铸造宽度的不断增加,铸嘴出口处边部与中间出口速度差距随之增大；随着铸嘴型腔内表面粗糙度的不断增加,近壁面区域平稳的流动情况被打破,取而代之的是复杂的湍流,这更加剧了挂渣现象。通过对铸嘴堵塞的热力学计算、动力学分析和铸嘴渣层SEM和XRD分析并结合铸嘴材料及铸嘴型腔内熔体流动规律,得出高Mg含量铝合金板带在生产中出现铸嘴堵塞的机理为：熔体中的Mg在生产过程中会不断地与铸嘴材料反应,并且熔体中的细小夹杂物会在表面不断沉积,当沉积达到一定程度时会改变型腔内熔体的流场与温度场,使得熔体在中间凝固,造成堵塞。
【关键词】：高通量连铸连轧 铸嘴 硅酸铝纤维 流场 铸嘴堵塞
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG335.9;TG333
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 1 绪论14-24
• 1.1 高通量连铸连轧铝板带工艺14-15
• 1.2 铸轧铸嘴的发展状况15-20
• 1.2.1 铸嘴结构的发展概述15-17
• 1.2.2 铸嘴材料的发展概述17-20
• 1.2.3 铸嘴的制作工艺概述20
• 1.3 铸轧铸嘴计算机模拟国内外研究现状20-22
• 1.4 选题的意义及主要研究内容22-24
• 1.4.1 选题的意义22
• 1.4.2 本文研究的主要内容22-24
• 2 实验材料及分析方法24-28
• 2.1 实验原材料24
• 2.2 实验设备及模拟软件24-25
• 2.3 铸嘴材料外观、组织及性能分析25-26
• 2.4 铸嘴型腔内流场计算机数值模拟26-28
• 3 高通量连铸连轧用铸嘴材料研究28-42
• 3.1 引言28
• 3.2 铸嘴整体外观结果分析28-29
• 3.3 铸嘴体积密度测试结果与分析29-30
• 3.4 铸嘴渣球含量测定结果与分析30-32
• 3.5 微观形貌分析及平均纤维直径测定结果与分析32-38
• 3.6 XRD分析38-40
• 3.7 热导率测试结果与分析40
• 3.8 本章小结40-42
• 4 高通量连铸连轧用铸嘴型腔内熔体流场计算机数值模拟42-63
• 4.1 引言42
• 4.2 熔体流场数学模型的建立及相关参数的确定42-49
• 4.2.1 熔体模型的建立42-44
• 4.2.2 网格划分44-45
• 4.2.3 熔体的流态及属性分析45-47
• 4.2.4 熔体流场的控制方程47-48
• 4.2.5 边界条件的确定及模型计算时的假定条件48-49
• 4.3 模拟结果及分析49-59
• 4.3.1 总体规律分析49-53
• 4.3.2 铸造速度对铸嘴内熔体流场的影响53-56
• 4.3.3 铸嘴宽度对铸嘴内熔体流场的影响56-58
• 4.3.4 铸嘴内部表面粗糙度对熔体流场的影响58-59
• 4.4 实验验证59-61
• 4.5 本章小结61-63
• 5 高通量连铸连轧生产高Mg含量铝合金用铸嘴堵塞机理探究63-71
• 5.1 引言63
• 5.2 铸嘴堵塞的理论分析63-65
• 5.2.1 铸嘴堵塞热力学分析63-64
• 5.2.2 铸嘴堵塞流体动力学分析64-65
• 5.3 铸嘴堵塞的实验分析65-69
• 5.3.1 宏观分析65-66
• 5.3.2 渣层XRD分析66-67
• 5.3.3 堵塞铸嘴SEM分析67-69
• 5.4 铸嘴堵塞机理69-70
• 5.5 本章小结70-71
• 6 结论与展望71-73
• 6.1 结论71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-78
• 个人简历及在学期间的学术成果78

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 关绍康;;铝合金板带连铸连轧节能新工艺关键技术研究[A];铝冶炼节能新技术研讨会论文集[C];2011年

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本文编号：555964