镁合金双辊薄带连铸熔池布流系统数理模拟分析

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1、1绪论⑤镁合金极易氧化、燃烧、甚至爆炸，所以浇铸镁合金时必须采用专门的熔剂覆盖或保护气氛。1.2.2双辊薄带生产镁合金的现状①国外生产镁合金现状2001年，德国蒂森集团弗赖堡镁板带公司提出了对铸轧镁合金板带的课题研究，而法国彼施涅（Pechiney）铝公司的设计院则为弗赖堡镁板带公司提供了一套卧式的双辊薄带连铸试验设备。这套设备要用于生产AZ31系列合金，其生产的薄带厚为7mm，宽为700mm。该公司目前还要进一步降低薄带厚度，其目标厚度是[2]达到3mm。澳大利亚CSIRO联从2000年就开始研究镁合金板带铸扎技术，现已经建立了一个可以生产宽600mm的镁合金薄板带试验工

2、厂，生产的薄板带材已用于汽车[33]发动机，移动电话，自行车中。挪威的Hydro公司在铸轧铝合金设备的基础上成功改造了一套镁合金薄带铸轧实验设备，并浇注成功。目前生产的AZ31镁合金薄带厚度为4.5mm，宽度为410mm，铸轧速度在1.4m/min～2.1m/min之间。该公司还对铸轧生产出来镁合金薄板，在400℃时进行热轧实验研究，每道次的压下率在10％左右，最大可达40％而没有产生明显的缺陷。其最终的组织性能与传统热轧工艺生产的镁合金板带相[2]比，组织性能更好。日本的H.Watari等人开发了一种双辊铸轧半固态镁合金的生产技术。该技术在倾斜式双辊铸轧机的基础上，增加了

3、一个冷却斜坡在熔炼炉与供料箱之间，其主要作用是将镁合金熔体冷却为半固态浆料，然后进入供料箱，最后铸轧出镁合金薄板。H.Watari等人已经成功采用此技术铸轧出厚度在2.5～4.0mm之间的镁合金薄板，且表面质量良好。并且采用此技术生产的AM50A和AM50B镁合金薄带[34]~[36]的平均晶粒尺寸在30μm左右，最小的可达到10μm。②国内镁合金生产现状国内主要是重庆大学、东北大学等研究单位进行了镁合金薄带铸轧工艺研究。2001年，重庆大学的学者将此工艺应用于变形镁合金，通过一系列的实验研究，镁合金薄带铸轧过程成型问题基本得到解决。研究工作中采用的实验设备是立式双辊铸机，

4、实验材料是AZ31镁合金，并成功生产出厚度为1～2mm，宽度为150mm[2]的镁合金薄带。而且丁培道等学者还研制出了一项用于双辊连铸镁合金薄带的浇铸装置，并申请了专利。跟据其介绍，该装置能大幅提高熔池的液面高度，以便于实现潜入式浇铸,使熔体对熔池的冲击大大减弱，熔池的液面也能保持稳定，从而有效的防止镁合金液在浇铸过程中，因剧烈波动而引起氧化、燃烧、甚至爆炸。该浇铸装置在浇铸过程中还可以使熔池表面的保护膜不与铸辊接直接触，以便顺5重庆大学硕士学位论文[37]利进行双辊铸造和提高铸带坯的质量。东北大学近几年利用立式双辊铸轧机制备镁合金薄带坯，进行了多次试验，成功生产出厚1～3

5、mm、宽250mm的表面质量、冷成形性能和热轧性能良好的AZ31[4][38]~[40]镁合金薄带，为以后的研究和生产提供了很多宝贵经验。湖南大学成功利用雾化技术将液流破碎成细小液滴，采用双辊快淬法制备了AZ91快速凝固薄片碎片，为快速凝固镁合金的后续成形提供安全合格的坯料[41][42]。洛铜集团于2005年成功开发出了变形镁合金连续铸轧技术，铸轧坯料的各方面性能均已达到或超过热轧同类产品的质量。福州华镁公司和山西闻喜银光镁业公司可生产宽600mm厚，2～10mm的AZ31镁合金板坯，并建立了卧式双辊连续[2]铸轧产业化生产线。李华伦等研究学者申请了3项关于镁合金双辊铸造

6、的专利。第1项是镁合金双辊连续铸造系统，主要用于镁合金板材生产。其最大特点：生产率较高、安全性好(全程采用气体保护)，可以连续生产镁合金板材。第2项为镁薄板带材双辊超高速连铸生产线。该生产线的特点：降低镁板带材生产的成本，提高生产率。第3项为镁薄板带材双辊超高速连铸机。该铸机的特点：构简单、不易粘辊，成形压[37]力小，可超高速生产0.1～3.0mm不同品种的镁薄板带材。1.2.3双辊薄带生产镁合金存在的问题在近10多年里，对镁合金双辊薄带的制备展开了大量研究，并取得了一定的成功，但要达到工业规模生产的要求，进入商业化应用阶段，还有许多问题需要[1][43]~[50]解决：

7、①镁合金液的氧化问题由于镁合金液在浇铸过程中是极易氧化，燃烧和爆炸，造成有害夹杂物增多，损害薄带的表面质量和内部品质，因此整个浇铸过程需要采用保护性气氛。[43]②侧封板的材料、装置等问题侧封板是双辊薄带连铸技术的一个重要组成部分，目前因侧封板引起的问题有：当侧封板的绝热性太差，则会使侧封板附近熔融金属液先凝固而导致卡辊，影响浇注的顺行；如果侧封不严，熔融金属液将流入侧封板与辊子端面之间的缝隙，造成薄带边缘的飞边、毛刺，严重边缘可能被撕裂，使薄带的质量出现严重的缺陷；镁合金液几乎易与所有用于浇注铝合金的耐火材料发生