基于ProCAST預(yù)埋鈮白銅管冷卻水套整體鑄造工藝研究.pdf

1、鑄銅式冷卻水套是冶金爐的關(guān)鍵冷卻元件，在實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化冶金的同時(shí)，也起到了保護(hù)爐襯、延長(zhǎng)爐體壽命的作用。鑄銅式冷卻水套冷卻效果與Cu/管界面及管的導(dǎo)熱性能相關(guān)，而界面的導(dǎo)熱性能取決于界面結(jié)構(gòu)。Cu/Cu水套，Cu管易熔穿；Cu/Fe水套，Cu與Fe互溶度低，F(xiàn)e管導(dǎo)熱差；Cu/NiCu合金水套，界面冶金結(jié)合，可經(jīng)受住高熱負(fù)荷，但NiCu導(dǎo)熱率低，水套熱面溫度高，不利于爐襯渣皮的形成和重建。本文針對(duì)預(yù)埋純銅管、鋼管、NiCu合金管鑄造工藝難點(diǎn)，

2、以鈮白銅合金管（CuNi30Nb3Fe1）為預(yù)埋管，整體鑄造鑄銅冷卻水套，采用ProCAST軟件模擬水套鑄件充型和凝固過(guò)程和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)合，優(yōu)化了預(yù)埋白銅管鑄銅冷卻水套鑄銅整體鑄造工藝，系統(tǒng)分析了鑄銅與預(yù)埋管界面結(jié)合狀態(tài)。獲得主要結(jié)論如下。
　　水套試驗(yàn)件尺寸為150mm×100mm×96mm，預(yù)埋鈮白銅管內(nèi)徑為36mm壁厚為4mm。針對(duì)純銅鑄件凝固特點(diǎn)和預(yù)埋管水套試驗(yàn)件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇了水套鑄件澆注位置，采用比例法設(shè)計(jì)了冒口，設(shè)計(jì)了

3、底注開(kāi)放式、中注開(kāi)放式、頂注開(kāi)放式等三種澆注系統(tǒng)。鑄造過(guò)程模擬結(jié)果表明：澆注溫度為1250℃，入口速度為1.0m/s，埋管預(yù)熱溫度為250℃時(shí)，底注開(kāi)放式充型平穩(wěn)且鑄件沒(méi)有縮孔縮松缺陷出現(xiàn)。
　　澆注系統(tǒng)為底注開(kāi)放式，不同澆注溫度下水套試驗(yàn)件埋管溫度場(chǎng)模擬結(jié)果表明：澆注溫度在1280℃~1320℃范圍內(nèi)，預(yù)埋管外表面所取5個(gè)特殊位置節(jié)點(diǎn)最高溫度均達(dá)到其熔點(diǎn)1185.32℃并持續(xù)了一段時(shí)間，內(nèi)表面各節(jié)點(diǎn)溫度均未達(dá)到其熔點(diǎn)，說(shuō)明水套試

4、驗(yàn)件界面發(fā)生熔合且埋管不被熔穿。澆注溫度為1350℃時(shí)，預(yù)埋管內(nèi)表面最高溫度達(dá)到1192℃，超過(guò)埋管合金熔點(diǎn)并持續(xù)約29s，埋管被熔穿的可能性大。
　　大氣條件下砂型鑄造了水套試驗(yàn)件，埋管預(yù)熱溫度為250℃時(shí)，不同澆注溫度澆注得到的試驗(yàn)件界面熔合狀況分析結(jié)果表明：澆注溫度為1240℃時(shí)，水套試驗(yàn)件界面部分機(jī)械結(jié)合，僅部分熔合；澆注溫度為1280℃、1320℃時(shí)，水套試驗(yàn)件界面出現(xiàn)了熔合過(guò)渡層，且溫度為1320℃，過(guò)渡層更寬些。澆注

5、溫度為1240℃、1280℃、1320℃水套試驗(yàn)件界面無(wú)間隙率分別為69.6％、98.2%、98.5%，澆注溫度為1350℃時(shí)，預(yù)埋管被熔穿。
　　工業(yè)用水套鑄件尺寸為1080mm×460mm×100mm，預(yù)埋鈮白銅管內(nèi)徑為36mm，壁厚為4mm。針對(duì)純銅鑄件凝固特點(diǎn)和工業(yè)用大型尺寸預(yù)埋管銅冷卻水套結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇了水套鑄件澆注位置，采用比例法設(shè)計(jì)了冒口，設(shè)計(jì)了平澆底注式、立澆底注式、傾斜底注式三種澆注工藝方案。鑄造過(guò)程模擬結(jié)果表明

6、：埋管預(yù)熱溫度為250℃時(shí)，澆注溫度為1250℃，入口速度為1.0m/s時(shí)，傾斜底注式充型過(guò)程沒(méi)有發(fā)生飛濺、紊流等現(xiàn)象，充型過(guò)程基本平穩(wěn)，基本實(shí)現(xiàn)了順序凝固，出現(xiàn)縮孔縮松的可能性非常小。對(duì)傾斜底注式工藝方案通過(guò)加大冒口尺寸增大冒口補(bǔ)縮效果進(jìn)一步優(yōu)化，澆注溫度在1250℃，埋管預(yù)熱溫度為250℃，入口速度為1.0m/s模擬結(jié)果顯示，鑄件沒(méi)有出現(xiàn)縮孔縮松缺陷。
　　澆注系統(tǒng)為傾斜底注式，不同澆注溫度和埋管預(yù)熱溫度下預(yù)埋管溫度場(chǎng)模擬結(jié)果