铝合金1235、3004连续铸轧熔体流热场均匀化研究

摘要

本文以规格为1080mm×6.8mm的3004铝合金铸轧生产线及规格为2090mm×6.8mm的1235铝合金宽幅铸轧生产线为研究对象，采用COMSOL Multiphysics有限元模拟软件分析了铸嘴结构对熔体流热场均匀性的影响，提出了铸嘴结构优化设计方案，并进行了实验检测。本文的主要研究内容及结论如下:
　　(1)对1235、3004两种铝合金进行了高温熔体粘度测量，在660～750℃温度范围内建立了粘度与温度的函数关系式;对铸嘴壁面温度进行了测量，建立了铸嘴壁面传热率与铸嘴位置的函数关系式。
　　(2)建立了铸轧流热场有限元模拟模型，模拟验证分析表明有限元模型具有较高的可靠性。
　　(3)采用有限元模拟分析了窄口式铸嘴结构对3004铝合金铸轧流热场的影响，分析表明分流块间隙为熔体流热场局部影响因子，流道间距为宏观影响因子，前挡块角度及分流块形状为熔体流动方向影响因子。
　　(4)3004铝合金铸轧板面缺陷产生的原因是型腔内部形成了涡流，导致流热场分布不均匀进而是造成板面缺陷;本文对铸嘴结构进行了优化设计，优化后的铸嘴结构能够满足工业化生产要求。
　　(5)本文中生产1235铝合金宽幅铸轧板用敞口式铸嘴型腔内部分流块主要起支撑作用，而不是分流作用，当分流块为条形时对熔体流热场的影响最小
　　(6)对敞口式铸嘴试生产出的1235宽幅铸轧中部与边部的组织进行了检测，检测结果表明板材具有良好的组织均匀性。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 铝合金连续轧制生产发展简介

1．1．1 国外铝合金铸轧生产发展简介

1．1．2 国内铝合金铸轧生产发展简介

1．2 铝合金铸轧生产简介

1．2．1 铝合金铸轧生产工艺流程

1．2．2 铝合金铸轧生产工艺控制点

1．2．3 铝合金连续铸轧法特征

1．3 铸嘴结构简介

1．3．1 铸嘴结构的作用

1．3．2 铸嘴结构的要求

1．3．3 常用的铸嘴结构

1．4 熔体流热场对铸轧板坯的影响及控制

1．4．1 熔体流热场对板坯质量的的影响

1．4．2 熔体流热场的调控因素

1．5 有限元分析在铸轧流热场分析中的应用

1．5．1 有限元在铸轧流热场分析中中的应用

1．5．2 流热场有限元分析中常用的数学模型

1．6 本课题的研究内容及意义

2 铸轧流热场关键参数的测量与计算

2．1 粘度测量与计算

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验设备与方法

2．1．3 实验结果与计算

2．2 温度测量与壁面传热率计算

2．2．1 铸嘴结构

2．2．2 壁面传热率计算方法

2．2．2 温度测量与壁面传热率计算

2．3 本章小结

3 铸轧流热场有限元模型建立及可靠性检验

3．1 COMSOL Multiphysics流热场分析简介

3．2 铸嘴型腔模型建立

3．2．1 几何建模

3．2．2 网格划分

3．3 材料参数与边界条件

3．3．1 材料参数

3．3．2 边界条件

3．4 模拟模块选择

3．4．1 流态判断

3．4．2 模拟模块选择

3．5 模型可靠性检验

3．6 本章小结

4 3004铝合金铸轧熔体流热场均匀化研究

4．1 研究方法

4．2 窄口式铸嘴结构对铸轧流热场的影响

4．2．1 分流块间间距对铸轧流热场的影响

4．2．2 流道间距对铸轧流热场的影响

4．2．3 前挡块角度对铸轧流热场的影响

4．2．4 分析与讨论

4．3 铸嘴结构优化设计

4．3．1 流动间距优化

4．3．2 分流块间隙优化

4．3．3 分析与讨论

4．4 实验

4．4．1 铸嘴结构

4．4．2 板材质量

4．4．3 分析与讨论

4．5 本章小结

5 1235铝合金宽幅铸轧熔体流热场均匀化研究

5．1 研究方法

5．2 铸嘴结构对宽幅铸轧流热场的影响

5．2．1 铸嘴入口类型对铸轧流热场的影响

5．2．2 分流块结构对敞口式铸嘴内熔体流热场影响

5．3 实验

5．3．1 铸嘴结构

5．3．2 板材质量

5．4 本章小结

6 结论

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢