基于数值模拟的Cu∕Al∕Cf充芯连铸工艺分析与优化.pdf

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1、·744·垂篙帅嚣Aug．2016VOI．65NO．8基于数值模拟的Cu／AI／C，充芯连铸工艺分析与优化初娣，贲利华，吴春京(北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083)摘要：基于数值模拟，采用正交实验的方法研究TCu／Al／Cf充芯连铸工艺。结果表明，二冷水距结晶器距离f．、连铸速度。、芯管长度f：作为主要参数，对连铸质量影响最大，且存在明显的单调关系；一冷水流量，和铝液温度腓为次要因素。最佳工艺参数分别为：一冷水流量f=280L／h，二冷水距结晶器距离f。=50～60mm，连铸速度v=80～100ram／rain，芯管长度z尹75～80mm。关键词：数值模拟；

2、Cu／A1／C，；充芯连铸；工艺参数中图分类号：TG249．7文献标识码：A文章编号：1001—4977(2016)08—0744—06ProcessAnalysisandOptimizationofCu／AI／CfContinuousCore··FillingCastingBasedonNumericalSimulationCHUDi，BENLi-hua，WUChunojing(SchoolofMaterialsScienceandEngineering，UniversityofScienceandTechnologyBeijing，Beijing100083，Chin

3、a)Abstract：Basedonthenumericalsimulation,Cu／AI／Cfcontinuouscore—fillingcastingprocesswasinvestigatedthroughorthogonaltest．TheresultsshowthatthedistancebetweensecondarycoolingwaterandcrystallizerIi，drawingspeedVandcoretubelength12,asmajorfactors，havethegreatestimpactonthequalityofcontinuou

4、scastingslab．Meanwhile，thereexistsomemonotonousrelationsbetweentheseparametersandtheinfluences．FlowofprimarycoolingwaterfandliquidaluminumtemperatureTaretheminorconcern．Theoptimizedparametersofcontinuouscore—fillingcastingprocessaref=280L，11，Z1250一60mm，秽280—100mm／min，Z2=75—80nⅡn．Keywords：

5、numericalsimulation；Cu／A1／Cf；continuouscore—fillingcasting；technologyparametersCu由于其良好的导电性、导热性、耐腐蚀性被广泛地用于制造电力电缆和信号传输线缆。在铜价居高不下的情况下，为了降低成本，人们考虑到把铜和铝的优点集合起来利用，使材料的性能得到充分发挥，铜包铝便是应运而生的重要产品【”。然而以铝代铜仍不可避免的造成导线强度降低，在某些场合如长距离、大跨度的空架线要求低密度和高强度以及良好导电性能，铜包铝线使用性能还有待提高。碳纤维因其具有极高的抗拉强度，因此，为提高铜包铝复合材料的抗拉强

6、度，吴春京等学者提出在铜包铝中加一束或几束长碳纤维t2]。传统铸件生产通常采用“试错法”，即通过大量实验来研究各工艺参数对连铸质量的影响，这种方法耗时、耗资刚。采用数值模拟的方法，可以优化工艺参数，然后去指导实验，可以大大提高效率和降低成本[5-91。与传统连铸相比，Cu／A1／C0琶芯连铸的工艺更加复杂、影响参数较多，主要包括：铜液温度、铝液温度、连铸速度、第一次冷却用水(简称一冷水)流量、第二次冷却用水(简称二冷水)流量、芯管长度，各参数间相互关联，获得最佳工艺参数是亟须解决的问题。连铸坯的质量主要包括铜管质量、内部铝液充填质量以及碳纤维的包覆效果，而这些质量主要是由

7、铜／铝的温度场和固／液界面位置直接决定。通过正交实验【n11】对这些指标进行分析，可以充分获得各工艺参数间相互关系，确定主要和次要影响参数，为优化工艺参数提供充分的依据。本文基于数值模拟，采用正交实验的方法，优化充芯连铸工艺参数，为充芯连铸实验研究提供理论依据。1正交实验Cu／Al／Cf充芯连铸工艺原理如图l所示。在铜包铝中引人一束长碳纤维，铝液和铜液分别在上下两个坩埚中熔化，铜液在铸型中凝固成铜管，在下拉的过程基金项目：国家自然科学基金项目(51274038)。收稿日期：2016--02-24收到初稿，2016-03-21收