研究铝合金连续铸轧数值模拟现状

研究铝合金连续铸轧数值模拟现状

发表时间：2018-10-29T16:35:45.657Z 来源：《防护工程》2018年第15期作者：曾宪林

[导读] 高性能的铝制材料被广泛应用于各行各业之中,我国市场对高性能的铝制材料需求很大。本篇文章主要讲了铝合金在连续铸轧的过程中数值模拟方法的种类和会出现的问题,并研究了国内现在铝合金连续铸轧的现状。

曾宪林

广西南南铝箔有限责任公司广西南宁市 530031

摘要：我国现代的铝合金业发展方向是流程短、连续自动化、节约能源以及质量好。高性能的铝制材料被广泛应用于各行各业之中,我国市场对高性能的铝制材料需求很大。本篇文章主要讲了铝合金在连续铸轧的过程中数值模拟方法的种类和会出现的问题,并研究了国内现在铝合金连续铸轧的现状。

关键词：铝合金；连续铸轧；数值模拟

当前我国生产铝板带材坯料（Aluminum Sheet Strip Blank）的方式包括热轧（Hot-rolling）以及连续铸轧（Continuous Cast Rolling），经由热轧加工而成的产品性能好,其中热连轧（Hot Continuous Rolling）是最先进的,由于需要进行的投资成本较大,导致我国并没有铝板带坯热连轧的生产线,我国铝板带坯的生产是运用双机架热轧,运用双机架热轧技术会让产品在精度以及性能上受到局限。但是连续铸轧与热轧相比,连续铸轧技术需要投入的资金少，且生产流程比较短，能源消耗也比较低,所以连续铸轧技术在二十世纪八十年代的中国就飞速的发展起来并变成主流的铝板带材坯料生产方式,我国能进行铸轧的合金品种非常少,所以我国的高性能铝板带材都是要进口的,就需要我国的研究人员要积极的开发先进的连续铸轧技术以及工艺，这对我国未来的发展非常重要。

1进行具体的分析我国连续铸轧工艺

随着我国连续铸轧技术的快速发展,通过运用连续铸轧工艺生产出来的铝合金板带坯增加了市场竞争。我国在进行研究铝合金连续铸轧的数值模拟上取得了非常大的进步。目前我国现代的连续铸轧工艺已经完全可以替代传统运用铸锭热轧工艺生产出的铝带坯。我国的连续铸轧工艺已经全面达到在铝合金生产中的自动化控制。铝加工业的不断发展让连续铸轧的设备也在一直变得更加先进。我国最先进的连续铸轧机降低了后道工序的压力,也节约了在生产铝箔上的投资以及能源，大大的提升了工厂的生产效率,并在竞争激烈的市场中占有着举重若轻的重要地位。

连续铸轧的工艺是指把金属熔体轧制成半成品带坯或者是成品带材的工艺。连续铸轧技术的特点是通过两根内部有冷却水系统的旋转铸轧辊（Rotary Casting Roll）做为结晶器，熔体是在旋转铸轧辊的缝隙之间在很短的时间之内就能完成凝固以及热轧这两个过程。铝带坯连续铸轧工艺（Continuous Casting Pocess of Aluminum Strip）具有低投入以及流程短的特点,通过运用连续铸轧工艺生产得到的铝合金板带材有凝固快以及定向型结晶的特点,并且晶体具有很强的生长方向。连续铸轧的过程非常复杂,熔体在进行连续的散热以及凝固的同时还会因为受轧制力的影响会发生形变,铸造的过程与热轧的过程这俩具有互相影响的作用。双辊连续铸轧工艺（Double Roll Continuous Casting Process）是把连续转动且具有水冷系统的轧辊作为结晶器,在经过轧辊缝之时会凝固并受到轧制力加工形成的一个工艺方法,双辊连续铸轧工艺的应用在我国的铝板带材生产中非常广泛。有效进行控制铸轧中的工艺参数可以让运用铸轧法做成的合金材料具有组织均匀且晶粒细小等这些特点。而且国内外已经有众多学者开始进行研究铝板带坯连续铸轧过程中的双辊式连续铸轧法。进行连续铸轧时金属的凝固以及变形这两者之间是能相互影响的。

图1 连续铸轧系统示意图

2研究连续铸轧过程中的数值

在进行铝带坯连续铸轧中金属的凝固成形过程非常复杂,它并非只是在传统的铝带成形工艺中将铸造以及热轧过程简简单单的进行融合。金属在连续铸轧工艺中会受到冷却以及凝固,并会受轧制力进而出现塑性变形,他们是可以进行相互的影响以及相互制约。在缩短连续铸轧技术的生产流程前提下会让连续铸轧中的过程及装备变复杂。在进行连续铸轧技术中基本上带坯出口的温度都是处在三至四百度之间,由此可知可以在三百至六百六十度之间的温度范围进行轧制变形,这样会加大难度来实际测量在连续铸轧中的工艺参数。可以通过合理的运用数值模拟来研究连续铸轧过程。目前国内外的铝加工业都处于飞速的发展阶段,需要我们有更高的标准去要求铝及铝合金的连续铸轧技术。近几年来在国内国外许许多多的研究学者都开始研究连续铸轧过程的数值模拟工作。

一些专家学者研究了运用温度为重点的连续铸轧中的数值模拟工作,主要是分析随着温度的变化怎样影响金属的铸轧,打造铸轧区以及铸坯的传热模型,建立理论的目的是可以简化在连续铸轧中因为变形会受到温度的影响，影响连续铸轧中的参数,在连续铸轧中金属温度的变化会直接影响到金属结构发生变形以及影响金属材料本身的性质,金属结构发生的变形也会运用变化热边界条件再让温度改变,在连续铸轧技术中温度与变形之间是存在着相互作用的。一些专家学者研究了运用变形场为重点的进行连续铸轧中的数值模拟工作,主要是分析在连续铸轧中的变形,在连续铸轧中通过降低由于温度场的变化影响到的变形场就可以建立起变形模型,在连续铸轧中因为部分参数的变化会影响到金属的变形。实际上一般在以变形场为主的数值模拟中会因为温度的改变严重影响到变形场。一些专家学者研究了运用热力耦合为重点的进行

连续铸轧中的数值模拟工作,根据温度以及变形间的强作用力,进而建立了金属能瞬间凝固和金属变形的特点分析模型,在相应的边界条件下合理结合温度场以及变形场结合成整体再进行模拟。

在连续铸轧过程中即使我们经过多年研究数值模拟已经获得了阶段性的成果,但因为连续铸轧具有的复杂性以及局限性,之前的研究仅仅是在简化计算,仅仅是模拟研究在连续铸轧中的温度场以及变形场,却是忽视了温度场以及变形场这两者之间的连接。金属在连续铸轧中会因为高温的作用进行熔融，之后改变形态的金属会被马上冷却轧制成形,在铝合金连续铸轧的轧制成形中铝会因为受到作用力的作用进而让铝发生塑性变形。要详细的分析在连续铸轧中的温度以及应力的变化，不要分割开求解温度场以及分析应力场，研究运用热力耦合作为重点再进行连续铸轧中的数值模拟工作是非常有前景的。

3结束语

伴随着我国计算机科学基础的迅猛发展,在连续铸轧技术上也获得了跨时代的进步。我国为了进一步加强连续铸轧技术,可以运用理论与实践相结合的方法进行积极的提高铝合金连续铸轧技术水平，能为提高研究铝带坯连续铸轧技术创造了完善的环境与条件。

参考文献：

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