ANSYS上引连铸铜镁合金杆温度场模拟研究(3)
1.2.4上引速度
上引速度越快 , 进入到石墨定型管内的熔液受冷却的时间就会越短 ,一旦冷却速度跟不上 ,很容易使结晶区内固 - 液交界面分离 ,造成断丝现象 ,因此在某种情况下 , 一旦发生抽丝失败时可以考虑降低上引速度。当 H 高度不是很高时 , 熔液在结晶器底端所形成的压力 P 变小 ,如果上引速度变快 ,在压力 P 的作用下进入石墨定型管内的熔液的上升速度可能跟不上上引速度 , 也就是结晶器内熔液补给跟不上 ,此时也会形成固 - 液交界面分离 ,造成断丝。
1.3对上引连铸生产铜镁合金铸造缺陷分析与控制
镁对铜镁合金力学性能的影响主要是延长持久断裂时间及提高持久塑性[3],但在强化过程中,存在一个最佳镁含量区域,低于或高于此区域都得不到最佳的强化效果,所以此种镁合金的熔炼、加工和成型要求高装备技术水平,在生产合金时要优化镁的含量[4]。这关系到一方面铜镁合金的固溶强化;另一方面也关系到后期的冷作硬化,镁含量过高将降低铸造杆坯的质量,如铸杆镁偏析严重易产生裂纹等,镁含量过低,铸造杆坯的强度将达不到要求,造成铸杆的报废,研究及生产实践发现镁含量约为0.6%最为理想。在上引连铸生产铜镁合金杆坯过程中,突出的技术难题主要是镁含量控制、裂纹及其他铸造缺陷的控制。
1.3.1.镁含量波动控制
目前上引铸造生产铜镁合金杆坯生产线普遍采用熔化炉和保温炉连体式结构的连铸机,此种设备炉子液位相对稳定,铜液保护好、操作简单,但保温炉的温度受加料影响大,精炼作用差,原料品质波动对产品质量影响明显、生产合金时成分波动大,同时,工人操作不当时,极易造成镁的烧损及波动。上引连铸生产铜镁合金杆的过程中保温炉和熔化炉的炉口经常产生小块状的炉渣,在长时间生产过程中,发现随着加料阴极铜板的加入,熔化炉炉口的炉渣结块特别严重,经常性的导致加料系统的难以工作,而不得已采取人工手动加料,这样进一步造成了加料过程中,加料过程的时间太长,熔液接触空气的时间长,熔液吸氧的几率增大,造成了镁的烧损及镁含量的波动。在镁含量烧损的同时结块更加严重,最终由于铜板难以加入造成保温炉液面下降过快,致使浮块失效机架保护程序运行机架自动抬起导致停炉,严重影响上引连铸的正常生产。通过对炉渣的化学分析,我们发现炉渣的主要成分中镁含量偏高,同时观察工人加镁过程发现,在加镁过程中镁的烧损比较严重,在炉口表面经常可以看到白色光亮的镁燃烧,石墨覆盖层厚度不适中,以及石墨覆盖层的组成及质量不合理也进一步加剧了炉渣的结块[5]。基于炉渣结块的情况,我们采取:(1)加铜板后及时小清渣;(2)规定时间内及时对熔化炉大清渣,对保温炉更换石墨粉;(3)熔化炉石墨覆盖层采取石墨鳞片与石墨粉按一定配比添加,厚度保持60mm～80mm;(4)适时调整加镁配比补偿镁的烧损。采取以上工艺后,上引连铸合金杆的镁含量相对波动较小,基本控制了镁含量的波动。
1.3.2.合金杆断杆分析及对策
上引连铸生产铜镁合金铸杆过程中会出现某个结晶器引出的铸杆突然断裂,一方面该结晶器引杆的中断造成生产效率的降低,同时对控制镁含量的稳定带来影响;另一方面所断铸杆由于达不到生产一个锚段接触线生产的量,这将造成所断铸杆的报废,同时,其中一个结晶器铸杆的断裂将造成同时引杆的其他杆子质量的存在潜在隐患,这将增加对铸杆的多道检测程序,降低了生产效率,增加了生产成本。所以,避免连铸杆的断裂是工艺控制的关键。对铸杆断裂处的分析发现,杂质和夹杂是造成铸杆断裂的主要原因。比如:(1)原料本身杂质元素含量比较高；(2)上引连铸生产过程中结晶器的位置偏高,熔池表层的杂质被吸入结晶器,主要是保温炉内的熔渣；(3)特别是熔液取样时,操作不当将杂质搅入铜液造成铸杆断裂。针对铸杆断裂的主要原因,采取:(1)阴极铜板质量的控制及表面杂质的清除;(2)合理确定结晶器的位置,保持浮块的正常；(3)完善取样操作规程,避免操作不当引起杂质的搅入。改善工艺后连续生产100t铸杆无断杆现象发生,取得了很好的经济效益。