铜管水平连铸过程的数值模拟研究

【摘要】：水平连铸始于上世纪的五十年代,最早应用于有色金属生产。后来逐渐开发了黑色金属的水平连铸技术,现已实现了普通钢和特殊钢水平连铸的工业化生产。采用水平连铸法生产优质空心管坯,使其能够满足在铸态下直接轧制的要求,被认为是管坯生产更深层次的近终形制造技术。国内空心管坯的水平连铸研究起步较晚,许多关键技术还不够成熟,尚处于摸索阶段,还有许多问题需要解决。 本文以铜管水平连铸过程为研究对象,通过数学建模和数值模拟的方法,开发出了具有自主知识产权的水平连铸凝固模拟软件系统,并应用该软件分析了不同工艺因素对铸坯凝固和裂纹缺陷产生趋势的影响。 本文分别建立了管坯水平连铸凝固传热模型和成分预测数学模型。开发了具有自主知识产权的水平连铸数值模拟软件系统,分析了浇注温度和拉坯速度等工艺参数对温度场和凝固进程的影响,预测了合金管坯的成分分布。结合温度、温度梯度和冷却速度分析了工艺参数对裂纹形成的影响,并综合以上参数,提出了分析裂纹产生的有效判据。 模拟计算结果表明:拉坯速度是最重要的工艺控制参数,随着拉坯速度的增大,凝固末端位置显著的靠后,液穴长度相应增加;拉坯速度越快,裂纹形成趋势越明显;拉坯速度相同时,拉幅越小,拉坯频率越快,成分越均匀,合金铜管的成分呈周期性分布。结晶器中石墨套的表面光洁度对铸坯的表面质量和裂纹缺陷的产生有重要影响,石墨套磨损将导致裂纹缺陷的增加。浇注温度对铸坯的凝固末端位置也有一定影响。