双辊连续铸轧因其短流程、低能耗、低成本被广泛的应用在铝板带箔材的生产中,而铸嘴系统则是实现稳定、高效、高质量铸轧生产的重要环节。随着铸轧技术向超宽、超快的方向发展,铸嘴结构由最初的3C式发展到现在被广泛应用的Hunter式,结构类型也由一级分流发展到三级分流。然而在工程实践中,大多数企业依靠经验和类比来设计铸嘴的布流结构和铸轧工艺,导致铸轧板带的质量不稳定。因此,本文运用数值模拟的方法针对铸嘴结构以及铸轧参数对宽幅Hunter式铸嘴型腔内熔体流热场的影响规律展开研究,解决目前双辊铸轧宽幅铝板坯铸嘴结构设计的共性问题,为双辊铸轧的铸嘴设计提供方法,为优化铸轧工艺、改善铸轧坯质量提供思路和方向。本研究以规格为6.2mmí1610mm的宽幅1030铝合金板坯铸轧所使用的Hunter式铸嘴结构为研究对象,采用实验测试和数值模拟的方法研究了铸嘴结构(结构参数、结构类型)以及铸轧工艺参数对铸嘴型腔内铝合金熔体流热场的影响规律。得到的研究结果如下:(1)确定了1030铝合金熔体的物性参数,采用Arrehenius公式建立了熔体粘度与温度的数学模型;对铸嘴材料的导热率进行了实验测定,结合铸轧时的测温实验结果,构建了铸嘴壁面的传热数学模型。(2)采用低雷诺数k-ε湍流模型建立了铸嘴型腔内1030铝合金熔体流热场的三维数学模型,并运用Fluent有限元分析软件对模型进行求解,最后根据数值模拟的结果以及立板阶段的验证证明:宽幅Hunter式铸嘴型腔内熔体流热场的整体分布是不均匀的,铸嘴边部的铝液流量以及温度要高于中部与肋部,铸嘴出口处熔体的温度及流速从边部到中部大致呈降低的趋势。(3)采用数值模拟的方法研究了宽幅Hunter式铸嘴的结构参数以及结构类型对熔体流热场的影响,结果表明横流道间距为熔体流热场的宏观影响因素,即整体调节铝液在铸嘴中部与边部之间的分配,其尺寸设置在50~60mm较为合理;分流块形状和分流块间隙尺寸为熔体流热场的局部影响因素,其中分流间距影响的是熔体的流量在不同分流块间隙之间的分配结果,而分流块形状不仅影响着熔体流量的分配同时还影响着熔体的流动方向;采用三级分流结构的铸嘴进行布流时,熔体流热场更加均匀,铝液在铸嘴内的温降更小,但三级分流铸嘴布流结构复杂,对铸嘴材料的性能以及熔体的净化工艺要求高,增加了铸轧生产的成本,制约了其在铸轧生产中的应用。(4)铸嘴型腔内的熔体流热场受铸轧速度和浇铸温度这两个工艺参数共同作用的影响,其中铸轧速度主要改变熔体流热场的分布,浇铸温度则整体调节熔体的温度。铸轧速度在0.8m/min至1.6m/min调节时,随着铸轧速度的增加,熔体的温降减小,流场的不均匀程度增加,铸轧速度为1.2m/min时,流热场的分布情况最为合理,在保证了流场均匀性的同时,也减小了熔体的温降程度;浇铸温度为685℃时,铸嘴内熔体的最低温度接近凝固点,铸嘴型腔有堵塞挂渣的风险,浇铸温度为695℃以及705℃时,铸嘴型腔内熔体的最低温度均高于凝固点,但考虑到降低浇铸温度可以起到细化板坯晶粒的作用,因此浇铸温度选择695℃最为合理。综上所述,铸轧参数的最佳组合为:浇铸温度695℃、铸轧速度1.2m/min。本文针对该组铸轧工艺参数的最佳组合,设置了两个参数对照组,进行了铸轧生产验证,验证结果表明数值模拟结果与实际生产情况基本吻合,采用该组铸轧参数生产时,铸嘴内的熔体流热场分布合理,生产出的板带质量较好,说明模型的计算精度较高,得出的结果可信度高,能够对生产起到指导作用。