新型气膜约束铝合金连铸的试验研究

摘要

新铝合金连铸过程的自动化、连续化是铝合金连铸技术的发展方向，随着铝合金连铸技术的不断发展，对铝合金连铸工艺提出了更高的要求，是提高高质量铝合金铸坯的当务之急。我国铝合金连铸坯的产量在逐年增加，但是连铸坯的表面质量及内部质量与发达国家相比都相差很远，因此，高性能铝合金连铸工艺的研究与开发在我国具有重要的意义。 本文设计了一种新型的气膜约束连铸结晶器，在结晶器的下部设有环形气缝，环形气缝的大小可调，这样可以保证气体的均匀性和稳定性；在环形气缝的下部设置了水冷装置，形成了连铸坯单向散热的条件。该结晶器具有冷却长度短、结晶器内传热量低、润滑性能好等优点。通过对7075铝合金的连铸实验，取得了较好的效果。 通过建立传热模型，模拟了新型结晶器与传统结晶器由于冷却方式不同引起的凝固温度场的变化，模拟结果表明，新型结晶器改变了铸坯凝固的传热模式。由于凝固释放的热量主要在环形气缝以下导出，液穴的深度明显减小，固液界面较平直，将会减少铸锭的缩孔、缩松及皮下偏析缺陷。同时在凝固过程中，在没有一冷的条件下形成单向散热，由凝固产生的热应力较传统结晶器小，这样大大降低了铸坯内部产生裂纹的趋势。 实验结果表明：气膜的连续性、稳定性对铸坯表面质量产生重要影响。在连续性气膜条件下，气膜压力与结晶器内铝液高度的静压力相平衡，起到稳定初凝壳的作用，铸坯外表面质量比较好；气膜的稳定性和连续性与气体流量有关，合适的气体流量，形成连续气膜，铸坯表面质量较好；而当气体流量过小时，气体压力不足以克服金属液静压力，不能形成稳定的气膜，容易出现拉裂纹、冷隔等缺陷。同时在稳定气膜的条件下，合理的拉坯速度也是形成高质量铸坯的关键。拉坯速度过快，气膜的稳定性、连续性变差。因此在适当增大拉坯速度的同时，必须增加气体流量。通过实验发现，在气体流量在20～30L/min的条件下，合理的拉坯速度为40～60mm/min。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1综述

1.2铝合金连铸技术发展

1.2.1铝合金的凝固特点

1.2.2连铸技术中结晶器冷却区的划分

1.2.3冷却区的分布对连铸坯质量的影响

1.2.4改善连铸坯质量的措施

1.2.5二次冷却水的传热模式

1.2.6改善开浇时铸坯质量的措施

1.3各种连铸方法

1.3.1传统直冷铸造

1.3.2矮槽铸造

1.3.3横向铸造

1.3.4电磁铸造

1.3.5热顶铸造

1.3.6电磁软接触连续铸造技术

1.3.7低头组合式结晶器技术

1.3.8气滑铸造

1.3.9气膜铸造

1.4铝合金连铸中常见的缺陷及解决措施

1.4.1偏析瘤

1.4.2拉裂

1.4.3冷隔

1.4.4裂纹

1.4.5夹杂物

1.4.6缩孔与缩松

1.5本文研究的内容及意义

第二章结晶器的设计

2.1结晶器设计思想

2.2结晶器材料的选择

2.3主要外形参数的确定

2.3.1热顶高度的确定

2.3.2石墨环外形尺寸的确定

2.3.3气环的确定

2.3.4冷却水环的确定

2.4本章小结

第三章铸坯温度场模拟

3.1传热数学模型的建立

3.1.1传热模型的假定

3.1.2传热模型计算区域的确定

3.1.3传热模型的初始条件及边界条件

3.2仿真模拟

3.2.1构建模型

3.2.2施加载荷计算

3.3模拟结果及分析

3.4本章小结

第四章实验研究

4.1实验材料与铸型的选择

4.2实验装置与仪器

4.3实验内容

4.3.1合金料的加热熔化

4.3.2浇注

4.4实验结果分析

4.4.1气体流量对铸坯表面质量的影响

4.4.2气体均匀性对铸坯表面质量的影响

4.4.3拉坯速度对铸锭质量的影响

4.4.4气体流量与气体背压之间的关系

4.4.5气体背压与拉坯速度之间的关系

4.4.6冷却水压的控制及对铸坯质量的影响

4.4.7结晶器液位的控制及对铸坯质量的影响

4.5小结

第五章结论

参考文献

致 谢