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《大连理工大学》 2002年
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电磁连续铸造过程工艺优化及组织性能研究

贾非  
【摘要】: 电磁铸造是电磁流体力学与冶金工程相结合的先进材料加工技术,具有铸锭表面光滑、力学性能好及生产效率高等优点。是连铸—连轧工艺实现和生产高质量铝合金铸锭的重要方法。但电磁铸造过程工艺参数繁多、控制精度要求高,工业生产必须实现自动控制。本文以实现电磁铸造技术工业化为目的,一方面研究了电磁铸造的工艺过程、提高铸锭凝固过程控制精度,分析铸锭的显微组织及力学性能、扩大电磁铸造合金的应用范围;另一方面,提出控制要求较低、更易实现工业化的电磁连铸技术,并应用到生产实践中。论文主要包括以下内容: 采用电感等效电路模型计算出电磁铸造铝合金扁锭的电参数和感应加热功率,在此基础上建立了电磁铸造成套装置,通过铸造成型实验获得了截面尺寸为100×400mm~2的铝合金扁锭,分析了电磁铸造过程的缺陷并对热顶—电磁铸造法做了初步研究。 设计制作了三种适合于电磁铸造过程的喷水冷却系统,提出用增大冷却水流量和增强冷却效果的方法来提高电磁铸造过程的铸造速度。用双排斜向喷水冷却系统,稳定阶段的铸造速度可以达到10.3cm/min,比以往提高了30%。 较系统地对电磁铸造和普通连续铸造铝合金圆锭的显微组织及力学性能做了对比研究。电磁铸造试样的宏观硬度是普通连续铸造试样的2倍左右,电磁铸造2024合金具有更好的固溶和时效强化特性;电磁铸造试样的磨损失重量为普通连续铸造试样的50%左右,耐磨性提高了1倍;试样的疲劳寿命约为普通连续铸造试样的3倍。电磁铸造铸锭的力学性能显著提高的原因是铸锭表面光滑、无显微缩松,显微组织细小而均匀,更容易形成沉淀强化相。 提出在软接触结晶器外施加中频电磁场来改善铸锭质量的铝合金电磁连铸技术,用低熔点合金测量电磁场作用下的金属液面形状和波动。在结晶器壁上开缝的方法可以显著提高结晶器内的磁感应强度;随着电磁场频率降低,金属液面的波动振幅提高,稳定性下降;电磁场施加功率提高,金属液面隆起高度增加,表面波动剧烈。 电磁连铸过程中金属液面的控制范围是液面与感应器顶面间的距离h=O~10mm,而电磁铸造过程中要求液面的高度波动小于2mm,电磁连铸比较容易控制;施加电磁场的频率为1~5kHz,电磁场的选择范围比电磁铸造过程宽:施加1kHz电磁场的铸锭晶粒尺寸小、分布均匀;施加5kHz电磁场的铸锭液柱形状稳定,表面质量好,但铸锭边部的晶粒略粗大。 电磁连铸法可以消除普通连续铸造铸锭表面的偏析瘤及夹杂等缺陷,改善铸锭的表面质量,而且铸锭的显微组织均匀细小。用电磁连铸法制备集成电路铝硅键合线用Al-1%Si合金,与普通连续铸造合金相比,拉拔变形后的抗拉强度提高约20%,延伸率提高约70%,断线明显减少,产品的直径由100μm降低到40μm,具有很好的应用前景。 用边界条件替换法计算了连续铸造铝合金喷水冷却的换热系数,得到换热系数的经验计算公式:h_w=7.5×10~5×W~(0.77)/T_s~(1.36)。结果可以用于电磁铸造及普通连续铸造过程的数 摘 要 值模拟计算和冷却控制,提高铸锭凝固过程的控制精度;用冷态铸锭升温法测量电磁连 铸过程中的感应热,感应加热功率为0.4JkW,是电磁铸造过程的20%左右。 将连续铸造喷水冷却换热系数和感应加热功率合并到电磁连铸凝固过程数值模拟 计算模型中,对电磁连铸铝合金回锭的凝固过程进行模拟计算,分析了工艺参数对铸锭 凝固速度的影响规律。计算得到的冷却曲线和凝固速度与实验测量的结果基本一致,证 明数值模拟计算采用的计算模型、热物理参数及边界条件等是合理的;着水点位置对凝 固速度影响最大,冷却水量次之,浇注温度和感应热的影响相对较小,缩短着水点到结 晶器底部的距离是提高铸造速度的有效手段。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TG292

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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4 王久彬,张富强;连铸坯凝固过程中传输现象基础知识系列讲座 第十一讲 连铸坯凝固过程中的成分过冷[J];鞍钢技术;1998年04期
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4 范佳;孙玉虎;朱开军;;邯钢三炼钢厂小方坯凝固传热过程的计算机模拟[A];河北省2011年炼钢连铸生产技术与学术交流会论文集[C];2011年
5 范佳;朱开军;李玉盘;孙玉虎;李建文;;基于邯钢三炼钢厂小方坯的连铸过程实时温度场预报模型的开发[A];河北省2011年炼钢连铸生产技术与学术交流会论文集[C];2011年
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8 李宇飞;宋国金;石飞;王伟;吴江;郑松翔;孙茂天;冯志军;;挤压铸造LC4合金组织及性能研究[A];第十二届全国铸造年会暨2011中国铸造活动周论文集[C];2011年
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10 吴国庆;张家泉;;连铸方坯结晶器内对称凝固的研究[A];首届中国CAE工程分析技术年会暨2005全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2005年
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2 袁训锋;强制对流影响凝固微观组织的相场法研究[D];兰州理工大学;2011年
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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4 张兴国,曹志强,林嵩,金俊泽;电磁铸造中试铸锭的温度场研究[J];热加工工艺;1994年02期
5 李金山,李双明,李建国,傅恒志;钢的电磁铸造工艺与实验研究[J];铸造技术;1998年04期
6 包卫平,许光明,崔建忠;镁合金电磁铸造工艺参数的优化分析[J];特种铸造及有色合金;2004年01期
7 姚山,李弘,陈宝庆,郑贤淑,金俊泽,阿布里提 阿布都拉;电磁铸造起始段控制模型的研究[J];铸造技术;2005年05期
8 ;双锭电磁铸造[J];中国乡镇企业信息;1996年12期
9 R.Sautebin;W.Haller;曲贵贞;郑礼民;;铝合金电磁铸造法的工业应用[J];轻金属;1989年12期
10 杨书启,栗嘉铭;铝合金方锭电磁铸造电磁参数的计算与分析[J];北方工业大学学报;1993年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 乐启炽;崔建忠;张钱宝;郭世杰;;镁合金多根电磁半连续铸造工艺探索[A];人才、创新与老工业基地的振兴——2004年中国机械工程学会年会论文集[C];2004年
2 乐启炽;崔建忠;张钱宝;郭世杰;;镁合金多根电磁半连续铸造工艺探索[A];2004中国铸造活动周论文集[C];2004年
3 周月明;;结晶器无机械振动电磁连铸技术的开发[A];2001中国钢铁年会论文集(上卷)[C];2001年
4 曾德鸿;毛斌;鄂学全;;方坯电磁连铸系统磁场分布的研究[A];第六届连续铸钢全国学术会议论文集[C];1999年
5 陈瑞润;丁宏升;毕维生;郭景杰;贾均;傅恒志;;钛合金冷坩埚电磁约束铸造工艺研究[A];中国机械工程学会第十一届全国铸造年会论文集[C];2006年
6 乐启炽;张志强;崔建忠;郭世杰;;镁合金锭坯的金属内套结晶器电磁铸造及其锭坯表面质量控制[A];中国有色金属学会第十二届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2007年
7 张永杰;赫冀成;王恩刚;陈向勇;陈兆平;;钢的软接触电磁连铸工业实验难点及解决途径[A];中国金属学会2003中国钢铁年会论文集(3)[C];2003年
8 金百刚;王强;邓安元;王恩刚;赫冀成;;方坯软接触电磁连铸结晶器的传热研究[A];2004全国能源与热工学术年会论文集(2)[C];2004年
9 许秀杰;王恩刚;邓安元;赫冀成;张永杰;;圆坯软接触电磁连铸实验研究[A];2007中国钢铁年会论文集[C];2007年
10 金小礼;雷作胜;任忠鸣;邓康;钟云波;;连铸坯振痕形成机理及电磁控制技术[A];板坯连铸技术交流会论文汇编[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 胡坤太;电磁连铸技术的发展现状与前景[N];中国冶金报;2003年
2 王硕;郭淑梅;电磁技术在有色金属加工业的应用前景展望[N];中国有色金属报;2002年
3 邱松年 李丽琴;钢的电磁铸造[N];世界金属导报;2006年
4 毛宏观;棒材连铸机结晶器摩擦分析[N];世界金属导报;2007年
5 杨雄飞;材料电磁加工技术在现代钢铁生产、铸造和凝固过程中应用的新进展[N];世界金属导报;2007年
6 赵秀娟;成功研制出电磁连铸铝合金复层梯度铸坯[N];中国有色金属报;2009年
7 ;技改 创新 发展[N];中国高新技术产业导报;2003年
8 苏鸿英;镁合金的立式直接冷硬铸造工艺技术[N];世界金属导报;2004年
9 本报记者 曹祥汉;内导式液压铸造机的拓荒者[N];中国有色金属报;2008年
10 赵秀娟;中铝山东分公司研发出“大板锭”[N];中国冶金报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 贾非;电磁连续铸造过程工艺优化及组织性能研究[D];大连理工大学;2002年
2 张兴国;电磁铸造技术的研究[D];大连理工大学;2001年
3 李朝霞;电磁铸造铝板坯的凝固过程和变形控制研究[D];大连理工大学;2002年
4 李丘林;空心管坯电磁连铸技术研究[D];大连理工大学;2003年
5 王辉;圆锭电磁铸造电磁力数值计算及金属电磁成型性研究[D];大连理工大学;2004年
6 张志峰;钢电磁连续铸造技术的研究[D];大连理工大学;2002年
7 房灿峰;高性能镁合金电磁改性技术研究[D];大连理工大学;2006年
8 任政;变形镁合金强韧化与电磁—悬浮连铸技术的研究[D];大连理工大学;2009年
9 雷作胜;连铸坯表面振痕形成机理及其电磁控制技术[D];上海大学;2004年
10 李伟轩;电磁场在铜连铸中应用的研究[D];上海大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李玉梅;铝合金电磁连铸工艺及温度场数值模拟研究[D];大连理工大学;2002年
2 何文庆;铝板坯热顶—电磁铸造工艺研究[D];大连理工大学;2004年
3 曲方懿;电磁铸造中电磁压力的数值模拟[D];大连理工大学;2002年
4 桂治元;高强铝合金微合金化与电磁成型技术的研究[D];大连理工大学;2007年
5 于延浩;镁合金电磁连铸成型技术研究[D];大连理工大学;2006年
6 侯晓光;钢电磁铸造复合感应器系统的研究及电磁场的有限元法计算[D];大连理工大学;2000年
7 徐爽;电磁连铸复合净化法制备铝合金铸坯[D];大连理工大学;2004年
8 王剑钊;锆和电磁场对高强铝合金组织与性能的影响[D];大连理工大学;2009年
9 冯亚利;电磁连铸7050高强铝合金的热处理工艺研究[D];大连理工大学;2010年
10 郭志芳;圆锭电磁铸造中电磁场和液柱高度的数值模拟[D];大连理工大学;2004年
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