《無氧銅連鑄坯微裂紋形成機理與控制因素研究》是依託煙臺大學，由石運序擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：無氧銅連鑄坯微裂紋形成機理與控制因素研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：石運序
- 依託單位：煙臺大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
無氧銅連鑄坯凝固是包含流動、傳熱、傳質的動力學過程，也是具有高溫、多相及相互影響特徵的複雜體系，如何控制連鑄坯凝固過程，減少鑄坯微裂紋的產生對鑄坯質量至關重要。本項目從連鑄坯凝固行為、高溫力學性能、作用在連鑄坯上的各種應力應變、化學成分以及微觀偏析行為等角度出發，探索鑄坯微裂紋產生的機理和控制因素，對銅液凝固過程提出揭示枝晶生長的微觀結構參數及其變化規律的數學模型，研究穩定性常數等微觀參數和拉速等澆注參數對連鑄凝固過程的影響規律；通過建立實時完全熱-力耦合的凝固傳熱模型，預測鑄坯在結晶器內溫度分布和凝固狀態，分析影響連鑄坯鑄造質量的因素；對連鑄坯在結晶器內傳熱、流動、應力應變進行完全耦合計算，提出一種鑄坯微裂紋產生的預測判據。本項目的研究成果將為我國無氧銅連鑄工藝理論體系的完善提供有益補充，具有十分明顯的科學意義和工程套用價值。
結題摘要
項目背景： 無氧銅連鑄坯凝固是包含流動、傳熱、傳質的動力學過程，也是具有高溫、多相及相互影響特徵的複雜體系，如何控制連鑄坯凝固過程，減少鑄坯微裂紋的產生對鑄坯質量至關重要。 主要研究內容：本項目為了對無氧銅薄板坯連鑄工藝參數進行最佳化和控制，通過前期大量實驗數據分析，深入分析了鑄坯在不同工藝條件下其內部的溫度場、液穴、應力場分布情況以及彼此之間的規律，對最佳化工藝參數、提高鑄坯質量有決定性的作用。以某銅加工廠連鑄機為研究對象，通過PROCAST軟體分別對不同工藝條件下溫度場、液穴、應力場進行分析，探究不同工藝條件對溫度場、液穴及應力場的影響；通過MATLAB擬合函式，找出不同工藝條件與鑄坯在結晶器出口處溫度之間的函式關係，分析其規律；研究了鑄坯的收縮補償措施，對收縮係數以及倒錐度與尺寸偏差、氣隙的關係進行了分析。 重要結果及關鍵數據： （1）冷卻水量、拉坯速度、澆注溫度以及鑄坯寬厚比對鑄坯的溫度場、液穴與應力場均有顯著影響； （2）對無氧銅連鑄薄板坯凝固過程中鑄坯不同寬厚比、不同拉速、不同過熱度、不同冷卻水套換熱係數下連鑄坯凝固傳熱、凝固收縮以及熱應力等的影響規律進行了分析，並給出了建議取值：連鑄薄板坯寬厚比建議小於40，當寬厚比在20-40之間時，建議拉坯速度取值12-18mm/s，冷卻水套對流換熱係數取2000-3000 W/m2·℃，則可儘量降低鑄坯裂紋等缺陷發生機率。 （3）在工藝條件允許下，降低冷卻水量、澆注溫度、鑄坯寬厚比和提高拉坯速度有利於降低鑄坯溫度場的溫度梯度和減小鑄坯內應力，對提高鑄坯質量有明顯幫助；（4）增大二冷區的冷卻水量可以有效降低鑄坯的溫度； （5）不同工藝條件與鑄坯在結晶器出口處溫度呈明顯的函式關係，對於企業生產有重要的指導意義； （6）收縮補償措施的研究表明：倒錐度較小時，尺寸偏差與氣隙都較小；收縮係數較大時，尺寸偏差較小，而氣隙反而變大。 科學意義： 本項目的研究成果為我國無氧銅連鑄工藝理論體系的完善提供了有益補充，具有十分明顯的科學意義和工程套用價值。
