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，在實現(xiàn)強化冶金的同時，也起到了保護爐襯、延長爐體壽命的作用。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。本文針對預(yù)埋純銅管、鋼管、NiCu合金管鑄造工藝難點，

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程和實驗驗證結(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。針對純銅鑄件凝固特點和預(yù)埋管水套試驗件結(jié)構(gòu)特點，選擇了水套鑄件澆注位置，采用比例法設(shè)計了冒口，設(shè)計了

3、底注開放式、中注開放式、頂注開放式等三種澆注系統(tǒng)。鑄造過程模擬結(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，底注開放式充型平穩(wěn)且鑄件沒有縮孔縮松缺陷出現(xiàn)。
　　澆注系統(tǒng)為底注開放式，不同澆注溫度下水套試驗件埋管溫度場模擬結(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個特殊位置節(jié)點最高溫度均達到其熔點1185.32℃并持續(xù)了一段時間，內(nèi)表面各節(jié)點溫度均未達到其熔點，說明水套試

4、驗件界面發(fā)生熔合且埋管不被熔穿。澆注溫度為1350℃時，預(yù)埋管內(nèi)表面最高溫度達到1192℃，超過埋管合金熔點并持續(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件，埋管預(yù)熱溫度為250℃時，不同澆注溫度澆注得到的試驗件界面熔合狀況分析結(jié)果表明：澆注溫度為1240℃時，水套試驗件界面部分機械結(jié)合，僅部分熔合；澆注溫度為1280℃、1320℃時，水套試驗件界面出現(xiàn)了熔合過渡層，且溫度為1320℃，過渡層更寬些。澆注

5、溫度為1240℃、1280℃、1320℃水套試驗件界面無間隙率分別為69.6％、98.2%、98.5%，澆注溫度為1350℃時，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。針對純銅鑄件凝固特點和工業(yè)用大型尺寸預(yù)埋管銅冷卻水套結(jié)構(gòu)特點，選擇了水套鑄件澆注位置，采用比例法設(shè)計了冒口，設(shè)計了平澆底注式、立澆底注式、傾斜底注式三種澆注工藝方案。鑄造過程模擬結(jié)果表明

6、：埋管預(yù)熱溫度為250℃時，澆注溫度為1250℃，入口速度為1.0m/s時，傾斜底注式充型過程沒有發(fā)生飛濺、紊流等現(xiàn)象，充型過程基本平穩(wěn)，基本實現(xiàn)了順序凝固，出現(xiàn)縮孔縮松的可能性非常小。對傾斜底注式工藝方案通過加大冒口尺寸增大冒口補縮效果進一步優(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)埋管溫度場模擬結(jié)果