高通量連鑄連軋鋁合金板帶生產(chǎn)用鑄嘴研究.pdf

1、高通量連鑄連軋鋁板帶工藝是建立在水平連鑄基礎(chǔ)上的新型高效率、短流程、低能耗的生產(chǎn)工藝。電解的鋁熔體經(jīng)過高通量連鑄連軋機(jī)和熱三連軋，直接成型為2mm-8mm的板坯，在此過程中，鋁熔體的流通量可高達(dá)50t/h。鑄嘴作為直接把鋁熔體送入高通量連鑄連軋機(jī)的關(guān)鍵部件，其選用材質(zhì)及結(jié)構(gòu)均非常重要。目前，生產(chǎn)線上所使用的鑄嘴材料均需進(jìn)口，其高昂的價(jià)格是鋁板帶成本無法降低的主要原因；此外，鑄嘴結(jié)構(gòu)固定，無法根據(jù)生產(chǎn)情況進(jìn)行調(diào)控，在生產(chǎn)含鎂量較高的鋁合金

2、時(shí)容易發(fā)生鑄嘴堵塞，只能停機(jī)更換鑄嘴繼續(xù)生產(chǎn)，此過程不僅浪費(fèi)大量人力物力，還大大降低生產(chǎn)效率。因此，就鑄嘴材料及結(jié)構(gòu)的研究，對(duì)鑄嘴堵塞分析機(jī)理以及高通量連鑄連軋用鑄嘴國產(chǎn)化的推進(jìn)均有著重要的意義。
　　本文針對(duì)生產(chǎn)過程中使用鑄嘴的材料及結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。在材料分析方面，從外觀形態(tài)、微觀形貌及組織和性能對(duì)進(jìn)口高通量連鑄連軋所用鑄嘴進(jìn)行系統(tǒng)分析，同時(shí)與選取的四種國產(chǎn)供雙輥鑄軋用鑄嘴材料進(jìn)行對(duì)比，通過分析國內(nèi)外鑄嘴材料的差異，探討高通量連鑄

3、連軋用鑄嘴國產(chǎn)化的可行性，為高通量連鑄連軋用鑄嘴國產(chǎn)化提供依據(jù)。在鑄嘴結(jié)構(gòu)方面，主要分析高通量連鑄連軋目前所用兩種結(jié)構(gòu)的鑄嘴，通過計(jì)算機(jī)模擬的方法，模擬其鑄嘴型腔內(nèi)熔體的流動(dòng)情況并分析其規(guī)律；最后，結(jié)合鑄嘴材料與結(jié)構(gòu)兩方面因素，對(duì)生產(chǎn)高鎂含量鋁合金時(shí)鑄嘴的堵塞機(jī)理進(jìn)行了分析驗(yàn)證。
　　通過對(duì)鑄嘴材料的分析發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外鑄嘴材料在外觀形態(tài)與微觀形貌方面差異較小，且鑄嘴生產(chǎn)的工藝接近，因此高通量連鑄連軋用鑄嘴材料國產(chǎn)化可行性較高。國內(nèi)外

4、鑄嘴材料的主要差異表現(xiàn)在使用的纖維基材上：進(jìn)口鑄嘴所使用的硅酸鋁纖維為晶態(tài)纖維，而國產(chǎn)鑄嘴用纖維的為非晶態(tài)。晶態(tài)纖維在耐火度及使用壽命方面，均明顯優(yōu)于非晶態(tài)纖維。因此，進(jìn)口鑄嘴在保溫性能和使用壽命方面要優(yōu)于國產(chǎn)鑄嘴。
　　通過建立高通量連鑄連軋鑄嘴型腔內(nèi)鋁熔體流動(dòng)模型，通過計(jì)算機(jī)模擬發(fā)現(xiàn)，鑄嘴型腔內(nèi)鋁熔體的流動(dòng)狀態(tài)為湍流，且各部分的流動(dòng)狀態(tài)均不相同，大體可分為三個(gè)部位：靠近型腔中心部位，流速快且流動(dòng)較為平穩(wěn)；靠近型腔壁面處，流速緩

5、慢且平穩(wěn)；介于中間的部位，流速中等但流動(dòng)狀態(tài)復(fù)雜多變。對(duì)鑄嘴出口處速度曲線研究，其結(jié)果表明，鑄嘴靠近兩端的出口速度要明顯高于中間部位的出口速度。
　　鑄造速度、鑄板寬度以及鑄嘴型腔內(nèi)表面粗糙度對(duì)鑄嘴型腔內(nèi)熔體的流動(dòng)均有顯著的影響。隨著鑄造速度的不斷增加型腔內(nèi)熔體流動(dòng)的湍流狀態(tài)也更為復(fù)雜；隨著鑄造寬度的不斷增加，鑄嘴出口處邊部與中間出口速度差距隨之增大；隨著鑄嘴型腔內(nèi)表面粗糙度的不斷增加，近壁面區(qū)域平穩(wěn)的流動(dòng)情況被打破，取而代之的是