高純鋁低頻電磁鑄造過(guò)程的數(shù)值模擬.pdf

1、近年來(lái)高純鋁用途越來(lái)越廣泛，如電子工業(yè)及航空航天等領(lǐng)域，尤其是作為高純鋁靶材。然而衡量高純鋁靶材優(yōu)劣的指標(biāo)除了純度，還要求高純鋁靶材具有細(xì)小的晶粒。本課題旨在通過(guò)雙線(xiàn)圈施加電磁場(chǎng)和改變鑄造參數(shù)等，使得半連續(xù)鑄造過(guò)程中能獲得晶粒細(xì)小均勻的高純鋁，為細(xì)晶高純鋁靶材的生產(chǎn)提供技術(shù)支持。
　　本文創(chuàng)建了同時(shí)適合DC和LFEC過(guò)程中多物理場(chǎng)相互作用耦合的高純鋁的數(shù)學(xué)模型。該模型在商業(yè)有限元軟件ANSYS和CFD軟件FLUENT中得到了實(shí)現(xiàn)。

2、利用該模型模擬了Φ100mm高純鋁鑄錠的DC和LFEC過(guò)程，且模擬所獲得的電磁感應(yīng)強(qiáng)度和鑄造過(guò)程的冷卻曲線(xiàn)與測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行了比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者吻合很好。
　　通過(guò)數(shù)值模擬重點(diǎn)研究了分別施加單雙線(xiàn)圈對(duì)Φ100mm鑄錠LFEC過(guò)程中熔體流動(dòng)、熱量傳輸和凝固前沿的影響;詳細(xì)分析電磁場(chǎng)、電磁參數(shù)、鑄造工藝參數(shù)對(duì)Φ100mm高純鋁鑄錠DC和LFEC過(guò)程中對(duì)這些物理場(chǎng)的影響規(guī)律。
　　計(jì)算結(jié)果表明，1）在結(jié)晶器內(nèi)外同時(shí)施加線(xiàn)圈，在保溫帽

3、內(nèi)部及靠近結(jié)晶器壁附近均能產(chǎn)生較強(qiáng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度。保溫帽外線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以促進(jìn)熔體過(guò)熱的快速散失，起到預(yù)處理的作用;結(jié)晶器內(nèi)的線(xiàn)圈可以起到攪拌凝固前沿鋁熔體的作用，進(jìn)而能更有利于凝固組織的細(xì)化;2）雙線(xiàn)圈作用下的LFEC過(guò)程能夠使熔池內(nèi)的熔體發(fā)生強(qiáng)烈地強(qiáng)迫對(duì)流，完全改變了熔體的流動(dòng)方向，熔池內(nèi)的溫度分布均勻且有效地減小液穴深度;增大了凝固前沿熔體的流動(dòng)速度;3）雙線(xiàn)圈作用下的LFEC過(guò)程，隨著電流強(qiáng)度的增加，熔體的流動(dòng)速度增大;溫度場(chǎng)分布

4、均勻，950K等溫線(xiàn)略有上移;液穴深度變淺;熔體在凝固前沿的速度加快;而電流頻率的增大，熔體的流動(dòng)速度逐漸減小;對(duì)溫度場(chǎng)及凝固前沿熔體的流動(dòng)速度影響不明顯，液穴深度略有變深;4）雙線(xiàn)圈作用下的LFEC過(guò)程，澆鑄溫度從973K到1013K，保溫帽內(nèi)高溫區(qū)明顯增大，鋁熔體的流動(dòng)速度略有升高，液穴深度變化不大;鑄造速度從100mm/min到140mm/min，結(jié)晶器內(nèi)液相區(qū)的范圍明顯增大，鋁熔體的流動(dòng)速度略有升高，液穴深度明顯增大，液穴深度由