铜合金热型连铸的研究及其数值模拟

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1、铜合金热型连铸的研究及其数值模拟摘要本文研究的重点如下：首先把现有的水平连铸设备设计改造为热型连铸设备，其次在此设备上进行纯铜热型连铸试验的研究，最后运用ProCAST软件采用非稳态算法模拟纯Cu热型连铸过程的温度场和凝固场，采用稳态算法模拟Cu．10％A1合金热型连铸过程的温度场、凝固场以及晶粒结构。加热的铸型是热型连铸区别于传统连铸设备的主要特征，因此设计铸型和铸型加热炉成为研究的重点，包括加热炉内核心部件材质的选择、加热功率以及核心部件的布置分配。此外，对水冷系统以及其它的辅助设备也做了研究和

2、说明。铸型出口温度、拉铸速度和冷却距离是热型连铸的重要工艺参数。在纯铜热型连铸试验中，当铸型出口温度为1135"(2、拉铸速度为74mm／s、冷却距离为20ram时，能够拉铸出表面良好的准单晶铜棒材。试验后对准单晶铜的电阻率和力学性能进行了测试分析，并对准单晶铜横截面进行XRD衍射分析。结果表明：与国家标准纯铜线T2M相比，准单晶铜的电阻率与国家标准相当；准单晶铜的抗拉强度与国家标准相比降低了26．6％，伸长率最大增加了76％，在晶体演化过程中逐渐淘汰的晶面为(311)、(220)和(111)，准单

3、晶生长的晶面为(100)，连铸铜单晶的晶体生长方向为【100]晶向。因此，准单晶铜具有较为优异的塑性加工性能和较低电阻率，并且生产率较高。ProCAST模拟连铸的过程有两种方法，稳态算法和非稳态算法。本文采用非稳态模型和稳态模型分别模拟纯Cu和Cu一10％A1合金的热型连铸过程，主要包括：模型的建立，初始条件、边界条件处理以及参数的设置，在稳态模型中还包括CA—FE模块的设置。模拟结果表明：铸型出口处的温度场为凸向液相的等温曲线；固一液界面为凸向液相的宏观界面，距离铸型出口3～5ram；微观组织的模

4、拟准确的再现连铸过程中等轴晶到柱状晶的转变和柱状晶区晶粒的竞争生长过程。模拟结果与实验非常吻合。关键词；热型连铸单晶铜数值模拟ProCAST稳态算法CA—FE模块StudyontheHeatedMouldContinuousCastingandNumericalModellingofCopperAlloyABSTRACTTheemphasisofresearchinthisarticleisasfollows：Firstly,Theexistinghorizontalcontinuouscastin

5、gapparatusisdesignedandconvertedtoheatedmouldcontinuouscastingapparatus．Secondly,thestudyofheatedmouldcontinuouscastingofpurecopperiscarriedoutinthisapparatus．Finally,thetemperaturefieldandthesolidificationfieldofpurecopperintheheatedmouldcontinuouscas

6、tingprocessaresimulatedusingunsteadystatealgorithmandthetemperaturefield，thesolidificationfieldandthegrainarrangementofCu一10％A1alloyintheheatedmouldcontinuouscastingprocessaresimulatedusingsteadystatealgorithmbyProCASTSOftware．Themostimportantcharacter

7、ofheatedmouldcontinuouscasting印paratusdistinguishingwithconventionalcontinuouscastingapparatusisheatedmould，SOtheemphasesofthisresearchisdesigningmouldandheating—furnaceofmould，includingchoosingthematerialofkeypartsintheheating-furnace，theallocationofk

8、eypartsandthepowerofheating—furnace．Furthermorewater·coolingsystemandsubsidiaryapparatusarealsoresearched．Thetemperatureatmoldoutlet，drawingspeedandcoolingdistancearemajortechnologicalparameterinheatedmouldcontinuouscasting．Duringthehea