宽幅镁合金板坯双辊连铸铸嘴结构的研究

摘要

铸嘴结构型式对稳定工艺、提高铸坯质量具有重要影响，布流均匀的铸嘴结构是获得高质量镁合金板带坯的重要保证。在实际生产中，板坯越宽，需要的铸嘴结构也越宽，越难使铸轧过程顺利进行及铸嘴宽度方向上流体速度分布达到均匀，目前国内外生产出的镁合金薄板坯的宽度大都集中在1000mm以下，对宽度为1000mm以上的AZ31镁合金薄板坯的研究国内还尚未见报道，因此本文对宽度达1500mm的AZ31镁合金双辊连铸铸嘴结构的研究具有重要意义。
　　 本文采用数值模拟及物理模拟两种方法研究了不同铸嘴结构类型(Hunter式、3C式、二级分流式)及结构参数(铸嘴长、侧壁形状、尾迹区长度、分流块数目、位置、形状、大小)对铸嘴出口处流体速度分布均匀性的影响，得出以下结论：
　　 ①对Hunter式铸嘴结构内镁合金熔体的流场进行了数值模拟计算，分析了熔体在铸嘴出口处速度分布的均匀性，结果表明Hunter式结构铸嘴出口处流体速度分布的均匀性不适合宽幅镁合金薄板坯的生产。
　　 ②分析了结构参数(流量、铸嘴长度、侧壁形状、尾迹区长度以及分流块数目、位置、形状、大小的变化)对3C式铸嘴出口处流体速度分布均匀性的影响，结果表明：镁合金熔体速度随流量的增加而增加，流量越大，铸嘴出口流体速度分布越均匀；铸嘴越长，其出口处流体速度分布越均匀；采用渐扩式侧壁的铸嘴结构能改善流体速度分布的均匀性；增加铸嘴尾迹区长度能获得更均匀的流体速度分布；采用流线型、多(7个)而小的分流块有利于提高铸嘴出口处流体速度分布的均匀性。通过模拟结果提出了新的铸嘴结构。
　　 ③针对二级分流式铸嘴结构内镁合金熔体的流场进行了模拟计算及分析，结果表明二级分流式结构铸嘴出口处流体速度分布的均匀性适合宽幅镁合金薄板坯的生产。
　　 ④由于在数值模拟计算中对镁合金熔体的流动给出了较多的假设条件，因此为了验证数值模拟结果的正确性。以3C式铸嘴结构类型为例，对3C式铸嘴结构进行了水模实验研究，分析了结构参数(分流块数目、位置、形状的变化)对流体速度分布均匀性的影响，结果表明采用7个流线型分流块能获得更均匀的流体速度分布，水模实验结果与数值计算结果一致，验证了数值模拟的正确性。
　　 本文提出了3C式铸嘴新结构3及二级分流式铸嘴结构④，这两种结构铸嘴出口处流体的最大与最小速度相差分别为4.69％及4.79％，均小于5％，其均匀性符合宽幅镁合金薄板坯生产的要求。