五轮式连铸低氧铜技术研究及流场温度场的数值模拟

发布时间：2020-07-19 10:22

【摘要】：电工用铜杆是生产电线电缆、漆包线及电子线材的重要基础材料,被广泛应用于电力电子、交通信息、机械建筑等领域。伴随工业技术的迅猛发展,对铜杆的种类、品质提出了更高要求。目前,最先进的铜杆加工技术当属SCR连铸连轧生产线,五轮式连铸是其核心部分。但铜液凝固过程涉及温度场、流场和凝固场间的多场耦合,交叉作用,共同影响。本课题针对连铸阶段缺乏理论指导、铜铸坯出现气孔及夹杂缺陷进行了研究,主要内容包括:参考铜材熔铸原理、线材连铸技术等从理论上分析确定了主要工艺参数的取值范围,分析了涂炭工艺,并结合实际生产情况提出了优化改进。着重对冷却系统水流量的确定及喷淋冷却换热系数的计算进行了研究,通过拟合实验数据建立了喷淋换热系数数学模型,为数值模拟的展开提供了理论支持。分析了模腔结晶区铜液凝固过程热量传递情况,为解决复杂界面传热问题,引入热阻串联模型,构建了热流耦合数学模型。根据所建立的模型,利用FLUENT进行数值模拟,研究了不同工艺参数(浇铸温度、拉坯速度、换热系数及结晶轮槽厚度)对结晶区温度场、流场及凝固点位置影响的变化规律,并分析了五轮式连铸低氧铜技术的合理工艺参数参考范围。针对铜铸坯中存在气孔及夹杂等缺陷,详细分析了其形成机理。基于模拟仿真,得出适当降低浇铸温度和拉坯速度有利于控制气孔及夹杂缺陷形成,并结合实际生产,提出了具体的相应改进措施。基于数值模拟,制定了可行实验方案,利用SCR生产线进行了五轮式连铸低氧铜实验。实验结果表明,降低浇铸温度和减小拉坯速度都可以减少铜铸坯气孔缺陷的形成,从而验证了数值模拟和理论分析设计的工艺参数的正确性。并通过实验的方式确定了最佳工艺参数参考值。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM24
【图文】：

生产流程图,生产流程图,铜杆

但综合考虑到产品产能、设备成本等问题，再加上 South Wire 公司不仅仅是设备制造商，同时也作为主要铜杆加工企业，拥有丰富的铜杆生产经验，因此设备简单、维修保养方便的 SCR 法在市场上的占有率最高，达 50%以上[3]。目前国内的铜杆生产商也大多引进 SCR 生产线加工生产。1.2 SCR 铜杆连铸连轧生产线研究现状自上世纪 70 年代，美国 South Wire 公司联合 Westinghouse Electric 公司和MORGAN 公司研制出首条 SCR 铜杆连铸连轧生产线以后，经过数十年的改进和创新，该生产线已经成为最先进的铜杆生产方法之一。SCR 铜杆连铸连轧生产线主要有熔铸、轧制、清洗打包等几个环节组成，见下图 1-1 所示。SCR 生产线工作流程是首先将电解铜在竖炉融化，高温铜液经上流槽流至保温炉保温，再流经中间包和五轮式浇铸机，铸出横截面为梯形的铜铸坯，进行剪切、铣棱、矫直和除磷等工序后进入轧机进行轧制，轧制成光亮铜杆，再经过无酸清洗、风干、探伤器检测和喷蜡等处理，卷曲铜杆，捆扎堆放。

铸坯,连铸,结晶,二冷段

第 2 章五轮式连铸工艺参数及冷却系统研究的计算准确设计，对于减少铸坯缺陷，保证产品由一冷段、二冷段和后冷区三部分组成。 2-1 所示[11]。铸造时，在一冷段主要对过热温度，准备凝固结晶。二冷段主要对降至成较为致密的等轴晶；随着冷却的持续进五轮式连铸类似于上引法，因此必须保证，以防出现铜液倒流，在铸坯中心形成熔。后冷段只对已凝固成型的铸坯进行冷却

结晶区,模腔,铜液,铸坯

首先形成较为致密的等轴晶；随着冷却的持续进行，铜液晶；由于五轮式连铸类似于上引法，因此必须保证铜液在 6固成固态，以防出现铜液倒流，在铸坯中心形成熔孔等缺陷命的危害。后冷段只对已凝固成型的铸坯进行冷却，使出坯。图 2-1 五轮式连铸铜铸坯各区结晶情况ZONE 1ZONE 2ZONE 3

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