双辊铸轧铝合金薄带浇注系统设计与数值模拟研究

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在铝带的常规铸轧工艺上,由于采用水平浇注方式,轧制速度慢且铸坯厚度大,已严重限制了生产效率的提高。所以本文在东北大学RAL实验室的水平式双辊铸机上采用垂直浇注方式,对薄带铝的双辊铸轧工艺进行尝试性的实验研究,借以对薄带铝的加工方式提出了新思路。 由于浇注系统对普通连铸连轧、CSP等薄板坯连铸连轧以及薄带双辊铸轧工艺过程及铸坯(带)质量的重要影响,并针对实验室铸机原有浇注系统的不够完善,本文因地制宜地设计出完备的浇注系统并逐步应用到生产实验当中去,并结合PLC自动控制系统、液压传动系统等的应用、实施,可为将来双辊铸轧实验的稳定性和连续性打下坚实基础。 由于铸轧工艺复杂、影响因素众多,给实验研究和物理模拟带来较大困难。因此,本文采用数值模拟方法并利用ANSYS有限元软件,对薄带铝铸轧过程中浇注系统以及铸轧熔池内的流场、温度场及其耦合进行了仿真模拟研究,得出数据用以指导实践。 本文的主要工作如下:1)针对实验室铸轧机,设计了包括大包、中间包、塞棒、浸入式水口、焦炭炉等在内的注流缓冲、控制与分配的浇注系统。 2)针对薄带铝双辊铸轧实验和浇注系统设计,应用ANSYS有限元软件计算了描述铸轧过程中传热与流动的数学模型。得出了铝水包内温度场随时间的变化规律以及包内金属通过浇包的散热变化机制,为铸轧各工序间合理分配时间提供了理论参考;同时详细推导了描述中间包内流热耦合数学模型的有限元离散化过程,进一步推动了铸轧工艺的理论研究。并计算分析了中间包内流场和温度场,为铸轧实验的顺利进行和工艺参数的全面掌握,做下铺垫;重点分析了铸轧熔池内浇注温度对凝固点的重要影响,以及铸辊与熔池接触面的热传递规律。为铸轧过程的稳定进行和薄带质量的稳步提高,提供了重要的理论来源。 3)进行了薄带铝双辊铸轧实验的初步研究,结果表明,采用垂直浇注方式铸轧铝合金,是完全可行的;同时,通过实验中检测到的某些数据与模拟计算的相应结果相比较,进一步验证了数学模型和模拟计算的准确性和真实性。
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