ANSYS上引连铸铜镁合金杆温度场模拟研究(2)
3.5牵引速度对铜镁合金杆温度场的影响 42
4.结论 44
致谢 45
参考文献 46
1.前言
1.1上引连铸工作原理及其工作组简介
上引连铸是一种连续铸造的方法，它的原理即利用金属溶液冷却结晶的机理，从熔融的金属或合金溶液中缓慢连续的抽出具有一定形状的板材，固态金属线材等[1]。该方法的最大特点是可以直接的从熔融的金属或合金溶液中制取连续的板材或者线材，不需要经过铸造，挤压，拉拔，轧制等加工过程，缩短了加工的周期，降低了加工过程中产生的损耗及污染，其连续生产能力大，淡路生产能力可达500kg，除此之外甚至还可以生产连续的线材，板材；可根据需要生产不同外径的线材和板材。目前该方法大量应用于无氧铜线，铜材的生产。
上引连铸机主要由熔化系统，溶液液面跟踪系统，溶液冷却结晶系统，牵引系统，收线系统组成。
熔化系统:对金属块进行加热熔化，并对溶液提供保温，保护等。主要由中频感应电源，熔化坩埚及保护炉组成。
溶液液面跟踪系统：对熔融的金属液面进行跟踪测量，并通过升降机构使溶液冷却结晶系统中的结晶器能够与金属液面因不断的被抽取而发生的高度变化保持同步。主要由碳化硅浮子，信号处理系统，升降机构组成。
牵引系统：对在结晶器内已形成的短小的固态金属线材或板材进行受控牵引，以获得连续的线材或板材。
收线系统:对牵引出的线材或板材进行弯圈收线，方便储存[1]。
1.2上引连铸影响因素分析
影响上引连铸的主要因素包括溶液和外部因素。溶液自身的因素主要温度与纯净度：外部因素有冷却速度和上引速度[2]。
1.2.1溶液温度
当金属或者合金熔液气体溶解度达到饱和之前 ,在温度越高的情况下, 如果熔炼时间或保温时间越长, 熔体中含气量就越多 ,由于暴露的熔液与空气的接触, 金属熔液在结晶室冷却凝固时越容易产生气孔、疏松等缺陷,易导致上连铸失败。当熔炼温度过低时, 金属熔液因粘度增大，不利于流动 , 使得结晶器内固-液面分离,也易导致上引连铸失败。因此 ,通常在熔液的表面覆盖一定量的覆盖剂以减少熔液的吸气量,同时还能起到防止金属氧化的作用。
1.2.2溶液纯净度
熔液中有不易熔化的浮渣存在 , 这些浮渣会在已凝固的金属与熔液间形成一层薄膜 , 阻止固 - 液面的有效结合 , 或者在凝固后的铸杆的横断面形成孔洞、夹杂等降低铸杆的强度 ,致使铸杆在牵引上行时易被拉断 , 造成上引连铸失败。在这种情况下 , 应对熔液进捞渣处理 , 必要时可适当使用造渣剂 ,捞完渣后再进行上引连铸。
1.2.3冷却速度
冷却速度主要与冷却水的流速有关 ,水流越大 ,冷却速度越快。当冷却管管径、水压等参数固定时 ,冷却水的流速也被固定 ,此时冷却速度只受冷却水的初始温度影响 , 但往往会因为水垢等沉积物的原因导致水流变小 , 此外水垢沉积层具有隔热作用 , 因此水垢沉积层会降低冷却速度。为避免水垢沉积物对冷却速度造成影响 , 应定期清理冷却水流通管道和结晶器内的水垢 ,条件允许时可使用软化水或纯净水进行冷却。冷却水的进口端与出口端的温度及温差也是影响冷却速度的主要原因。进口端的水温高 , 会降低冷却速度 , 而进口端与出口端的温差小 , 说明冷却水在结晶器冷却室中的热量交换少 , 从而也降低了冷却速度。结晶器底端冷却结晶区的铜套与石墨定型管的接触状态对冷却速度也有影响。若两者接触紧密 , 可保证热量快速散发 , 使得上升至该区域的金属熔液能够及时凝固 ,保证上引能够连续进行。此外上引节距 (上引连铸中铸芯单次上行的距离)对上引连铸也有影响。节距过大 ,原先存在于结晶区中 h 高度内的固 - 液面上升的高度变大 ,一旦固 - 液面以下的金属熔液没有得到有效地冷却凝固 , 在随后的固态铸芯上行中会使固 - 液交界面分离 ,造成断丝。节距太小则会影响生产效率 ,因此应综合考虑 ,选择合适的节距。