刘晓波[1]2001年在《约束型快速流变系统薄层熔体流场与温度场研究》文中指出本论文的背景来自为快凝铸轧提供铸坯厚宽比(H几)极小、流量温度场极为均匀的熔融金属，需要设计科学的型腔约束实现上述目的，可以定位本论文研究的核心科学问题是约束型快速流变系统薄层熔体流场与温度场研究。为此本研究涉及如下内容： 1)建立了适应铸咀型腔熔体流动的约束型薄层熔体叁维流场、温度场数学模型。 2)建立了适应铸咀型腔熔体流动的约束型薄层熔体水模拟相似准则。 3)理论分析、数值仿真与水模实验研究表明：基于型腔大宽厚比、变截面的约束型薄层熔体流动存在紊流以及出现流向涡，且紊流强度随着流量的增加而增大，但在型腔出口处仍为准层流。 4)提出了广义约束概念。理论计算和数值仿真研究表明：可以通过结构约束即改变型腔结构或通过能量约束即改变入口速度分布来改变阻力分布以改善型腔熔体出口速度、出口温度的均匀性。 5)通过不同入口速度变化方式、不同入口速度分布对型腔熔体出口速度、出口温度的动态影响的数值仿真研究表明：对型腔进行在线布流调节以改善：铸咀型腔流场、温度场是可行的。 6)对结构约束设计参数影响型腔流场、温度场进行了数值仿真，得出了使型腔出口熔体速度、温度分布均匀的最有效的方法是使型腔侧壁为平直式或微渐扩式或微渐缩式、并延长型腔长度以及减小分流块尺寸，尾迹区长度与分流块长度的比值l_1/l_2越大，型腔熔体出口速度分布越均匀。水模实验也证明了尾迹区长度与分流块长度的比值l_1/l_2越大，型腔熔体出口速度分布越均匀。 7)设计了一个型腔熔体出口速度、出口温度分布满足快速超薄铸轧技术要求的铸咀型腔。
周英[2]2007年在《连续铸轧熔体流场的物理与几何耦合规律与设计》文中提出铸嘴型腔是形成铸轧铝熔体流场温度场的决定因素。形态好的流场和温度场,是生产高质量铸轧板、提高生产效率的必要条件。本文根据铸轧板几何形状结构要求推导了相应的铸嘴流场和温度场应当具备的形态为:板宽方向上流速应几乎相同,考虑到宽展,两个边部流量可略多一些;中、边部的温度差异刚好使得液穴区的最前沿在保证轧制量的波动范围以内,根据轧辊两侧的冷却能力优于中部,所以铸轧板两侧的温度可以略高于中部。本文根据现场实验数据,用计算机辅助工程分析软件ANSYS建立了铝铸轧型腔的模型,模拟各种常见的实际应用过的铸嘴型腔形态,进行了流热耦合分析,使用MATLAB软件对提取的数据进行精确后处理,选取前箱及铸嘴的中间平面、铸嘴的出口平面和出口中线位置作为重点分析部位。通过分析两次现场实验的单分流块与双分流块铸嘴模型以及历次实验的累积数据,推导出了流场与温度场的量化设计参考指标,首次提出了用速度和温度相乘的tv值作为新的流热耦合评价体系的评价指标,并应用到本论文的所有模型中。通过分析空腔铸嘴结构与出口场的关系,揭示了影响出口场状态的几何因素依其影响排序为:在相同尺寸前箱与液面高度的条件下,型腔出口开口度对流场和温度场的影响最大,其次是出口宽度(沿板宽方向度量),再次是进口开口度。通过分析四种常见铸嘴型腔中分流块的作用——水滴型、3C型、偃月型和九块型,在常规到快速的叁种出板速度下进行运算,结果显示速度越高,由分流块造成的出口速度温度的突变点附近的不均匀趋势也越明显,说明在常规速度下能满足条件的型腔,到了快速时却不合格,是因为常规时本就存在的不均匀状态,只是到了快速时才凸显出来,因此快速铸轧对流场的温度和速度的设计要求应更加严格。优化设计针对3C型铸轧机的铸嘴型腔进行,分析表明:3C型腔应有居中布置的分流块,其尾端距离出口位置越远,对出口流场的不均匀程度改善越好,分流块其他几何参数需要进行匹配,才可得到优化结果。
翁文凭[3]2012年在《镁合金板带铸轧凝固前沿控制及缺陷成形机理研究》文中进行了进一步梳理双辊铸轧是一种将铸造与轧制两道工序合二为一、直接从液态金属制备板坯的近终形生产工艺。双辊铸轧技术应用于镁合金板带生产时，可大幅缩短工艺流程、提高成材率，并显着降低板材加工成本，在镁合金板带加工领域具有重要意义。镁合金板带铸轧过程中，铸轧区熔体凝固前沿的位置与形状对板坯的凝固、变形行为产生重要影响，并进一步影响板坯缺陷形成及表面质量。资料显示，目前镁合金铸轧过程中凝固、变形行为及缺陷成形机理等基础研究鲜有报道。本文根据镁合金铸轧技术研究现状，结合已有的研究基础，在镁合金板带铸轧凝固前沿控制、液流分配技术及缺陷成形机理叁个方面开展了研究。本文第一部分采用工艺试验与数理计算相结合的方法，在忽略铸轧区熔体沿板宽方向上温度场分布差异的理想条件下，分析了镁合金铸轧工艺参数对铸轧区凝固前沿位置、板坯表面缺陷影响作用。研究结果表明，铸轧速度显着影响镁合金铸轧板坯凝固层焊合点位置，并进一步影响板坯表面质量。将铸轧速度控制在合理范围后，凝固层焊合点位置位于优化区域，可消除板坯表面缺陷，铸带表面质量良好。结合凝固层焊合点位置与铸轧主要工艺参数之间的关系，建立了凝固层焊合点位置控制模型。将控制模型应用于工艺试验时，可改善并消除镁合金铸轧板坯表面缺陷（冷凝、缩边、横向裂纹、孔洞、飞边及流淌等），提高镁合金铸轧板坯表面质量。本文第二部分研究了液流分配结构对铸轧区熔体温度场分布的影响规律，阐述了镁合金铸轧板坯热带缺陷的形成机制与控制措施。采用SOLA-VOF有限差分法，对普通液流分配结构下镁合金铸轧区熔体温度场分布规律进行仿真，分析液流分配结构对铸轧区熔体温度场分布影响规律。仿真结果表明，采用普通液流分配结构时，铸轧区镁合金熔体在板宽方向上区域温度分布极不均匀，温度差值达到15℃；针对模拟工况开展工艺试验时，制备铸轧板坯均出现不同程度的热带缺陷，而供液嘴内部镁合金熔体温度区域温度之间差值达到25℃。因此，普通液流分配结构不满足镁合金铸轧工艺要求。针对镁合金铸轧板坯热带缺陷特征、形成机理及控制措施进行研究。结果表明，铸轧过程中板坯局部温度在离开轧辊后仍高于合金非平衡凝固固相线温度时，将在铸带局部产生热带缺陷。忽略液流分配的影响时，铸轧区内全凝固点位置决定了全凝固基准线的位置；而液流分配直接影响铸轧过程中熔体温度分布均匀性，决定带坯在宽度方向上全凝固线位置与形状，最终决定镁合金铸轧板坯热带缺陷出现的几率与严重程度。采用优化液流分配技术，可大幅改善铸轧板坯熔体温度分布均匀性，从而有效控制热带缺陷。针对对普通液流分配结构分流效果，采用数值模拟方法进行结构优化，并开展工艺试验进行验证。结果表明：采用优化的分流结构开展镁合金铸轧工艺试验，板坯热带缺陷基本消除；实测供液嘴内部熔体温度结果表明，区域之间温度差值控制在10℃以内。优化分流结构大幅度改善铸轧区镁合金熔体温度均匀性，铸轧板坯热带缺陷得到有效控制。本文第叁部分对镁合金铸轧板坯表面点状偏析、中心线偏析缺陷的特征及形成机制进行研究，提出了镁合金铸轧板坯偏析缺陷的控制措施。采用金相检测、扫描电镜等分析了镁合金铸轧板坯表面点状偏析、中心线偏析缺陷特征，结果表明：镁合金铸轧板坯表面点状偏析、中心线偏析由富含溶质Al、Zn元素的金属间化合物组成，偏析内由细小等轴晶组成，与基体组织特征差异明显，部分表面点状偏析缺陷与基体之间存在明显分界线。采用快速停机的方式，获得铸轧区急停试样，分析了点状偏析的形成过程。实际工艺中，可通过缩短结晶区长度、控制前箱液位高度以及将铸轧合金溶质控制在下限等措施改善镁合金铸轧板坯表面点状偏析缺陷。镁合金铸轧工艺中凝固与变形行为对中心线偏析缺陷产生重要影响。铸轧过程中带坯的轧制变形将挤压液穴中心区域富集溶质液态金属，使其朝铸轧反方向移动；供液嘴不断供给的过热金属液持续冲刷凝固前沿，导致凝固界面重熔并产生强迫对流，促进溶质扩散；合理控制凝固前沿位置，可通过上述两种作用达到抑制、消除中心线偏析缺陷目的。
参考文献：
[1]. 约束型快速流变系统薄层熔体流场与温度场研究[D]. 刘晓波. 中南大学. 2001
[2]. 连续铸轧熔体流场的物理与几何耦合规律与设计[D]. 周英. 中南大学. 2007
[3]. 镁合金板带铸轧凝固前沿控制及缺陷成形机理研究[D]. 翁文凭. 上海大学. 2012
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