上引连铸工艺参数对无氧铜杆坯凝固行为影响研究

徐勇; 郑莲宝; 王松伟; 梅伟; 聂艳春

doi:10.15980/j.tzzz.2024.03.014

研究·合金工艺 | 浏览量 : 0 下载量: 6 CSCD: 0

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专辑

上引连铸工艺参数对无氧铜杆坯凝固行为影响研究
Effects of Upward Continuous Casting Parameters on Solidification Behavior of Oxygen-free Copper Billets
2024年44卷第3期页码：364-371
纸质出版日期： 2024-03-20 ，
DOI： 10.15980/j.tzzz.2024.03.014

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徐勇，郑莲宝，王松伟，等. 上引连铸工艺参数对无氧铜杆坯凝固行为影响研究［J］. 特种铸造及有色合金，2024，44（3）：364-371.

XU Y，ZHENG L B，WANG S W，et al. Effects of upward continuous casting parameters on solidification behavior of oxygen-free copper billets［J］. Special Casting & Nonferrous Alloys，2024，44（3）：364-371.
徐勇，郑莲宝，王松伟，等. 上引连铸工艺参数对无氧铜杆坯凝固行为影响研究［J］. 特种铸造及有色合金，2024，44（3）：364-371. DOI： 10.15980/j.tzzz.2024.03.014.

XU Y，ZHENG L B，WANG S W，et al. Effects of upward continuous casting parameters on solidification behavior of oxygen-free copper billets［J］. Special Casting & Nonferrous Alloys，2024，44（3）：364-371. DOI： 10.15980/j.tzzz.2024.03.014.

摘要

针对

30 mm无氧铜杆坯，建立了温度场计算理论模型，采用CA-FE法分析了上引连铸工艺参数对无氧铜杆坯铸态组织的影响。结果表明，当冷却强度和铸造温度不变时，随着杆坯牵引速度提高，结晶器内部铜液凝固位置向出口方向移动，液穴深度增加，导致杆坯出口温度不断升高，并且牵引速度与出口温度满足二次函数关系；当冷却强度和牵引速度不变时，随着铸造温度升高，结晶器内铜液面高度增加，凝固位置上移，而液穴深度无明显变化。CA-FE铸坯组织模拟发现，以牵引速度为变量时，较低的牵引速度使得凝固组织几乎全部为粗大的柱状晶且数量较少，柱状晶沿牵引方向生长，随着牵引速度增大，表层出现了细晶区，柱状晶变得细长且数量增加，柱状晶与牵引方向的夹角减小，当牵引速度增大到5.5 mm/s时，芯部开始出现少量等轴晶；以铸造温度为变量时，铸造温度升高使得柱状晶数量、尺寸和生长方向无明显变化，而芯部等轴晶数量减少，逐渐被柱状晶取代。

Abstract

The theoretical model of temperature field calculation for

30 mm oxygen-free copper billet was established， and influence of the upward continuous casting parameters on the microstructure of as-cast oxygen-free copper billet was analyzed by CA-FE method. The results indicate that with the constant cooling intensity and temperature， the solidification position of liquid copper inside the mold moves towards the outlet and the cavitation depth is increased with the continuous increase of the drawing speed， leading to the continuous increase of the outlet temperature， while the relation between the drawing speed and outlet temperature meets the quadratic function. When the cooling intensity and drawing speed are constant， the level height of liquid copper in the mold is increased and solidification position moves upward with the increase of casting temperature， while the cavitation depth has little change. The CA-FE simulation results reveal that solidification structure almost consist of a quantity number of coarse columnar crystals under low traction speed with drawing speed as variable， and the columnar grains grow along the drawing direction. With increasing in drawing speed， a fine crystal zone appears on the surface， and the columnar crystals become slender with increasing in amounts， while the angle between columnar crystals and the traction direction is decreased. With the drawing speed increasing to 5.5 mm/s， a small amount of equiaxed crystals appear in the core. With the increase of casting temperature， the quantities， size and growth direction of columnar crystals remain stable with casting temperature as variable， while equiaxed crystals in the core are decreased， which are gradually replaced by columnar crystals.

关键词

无氧铜上引连铸CA-FE法牵引速度凝固

Keywords

Oxygen-free CopperUpward Continuous CastingCA-FE MethodDrawing SpeedSolidification

references

潘加明.一种上引法制备高纯无氧铜杆的方法， CN106086444A［P］.2018-09-14.

姜业欣，娄花芬，解浩峰，等.先进铜合金材料发展现状与展望［J］.中国工程科学，2020，22（5）：84-92.

李勇.高纯无氧铜杆连续定向凝固制备方法， CN104550789A［P］.2017-06-30.

梁志海.上引法生产无氧铜杆若干问题的讨论［J］.电线电缆，1999（2）：23-26.

于康康，王松伟，陈帅峰，等.锡磷青铜水平连铸坯凝固组织的数值模拟［J］.中国有色金属学报，2023，33（5）：1 378-1 389.

RAPPA Z M，GANDIN C A.Probabilisticmodellingof microstructure formation in solidification processes ［J］. Acta Metallurgica et Materialia， 1993， 41（2）： 345-360.

GANDIN C A， RAPPAZ M. A coupled finite element-cellular automaton model for the prediction of dendritic grain structures in solidification processes［J］. Acta Metallurgica et Materialia， 1994， 42（7）： 2 233-2 246.

付作鑫，谢明，沈月，等.CA-FE法凝固组织数值模拟的应用研究进展［J］.材料导报，2012，26（S2）：154-158.

王松，谢明，王塞北，等.基于CA-FE法的Cu-Cr-Zr-Ag合金凝固组织模拟［J］.贵金属，2013，34（3）：50-54.

庞瑞朋，李长荣，王福明，等.3D-CAFE法对温度场影响430铁素体不锈钢凝固组织的分析［J］.中南大学学报（自然科学版），2015，46（3）：786-793.

孙亚琴，潘嘉祺，陈建斌，等.上引连铸铜镁合金杆温度场模拟研究［J］.铸造技术，2018，39（10）：2 337-2 339.

艾迪.焊接用C65600铜合金上引连铸数值模拟与工艺参数优化［D］.江西赣州：江西理工大学，2020.

杨庆宝，王兰浩，曾浩，等.Cu-Sn合金上引连铸凝固组织数值模拟［J］.铸造技术，2022，43（2）：123-130.

JABUR A S， JALIL J M， TAKHAKH A M. Experimental investigation and simulation of Al-Si casting microstructure formation［J］. Arabian Journal for Science and Engineering， 2012， 37： 777-792.

NASTAC L. Modeling and Simulation of Microstructure Evolution in Alloys［M］. New York： Kluwer Academic， 2004.

LIU Q L， JIANG Y H， LI X M. The effect of bulk nucleation parameters on the formation of macroscopic grain of the large-scale titanium slab ingot during EBCHM［J］. Materials Science and Technology， 2018（13-14）：1-8.

MARTORANO M D A， BISCUOLA V B. Predicting the columnar-to-equiaxed transition for a distribution of nucleation undercoolings［J］. Acta Materialia， 2009， 57（2）： 607-615.

BAI L， WANG B， ZHONG H G， et al. Experimental and numerical simulations of the solidification process in continuous casting of slab［J］. Metals， 2016， 6（3）： 53.

庞瑞朋，王福明，张国庆，等.基于3D-CAFE法对430铁素体不锈钢凝固热参数的研究［J］.金属学报，2013，49（10）：1 234-1 242.

KURZ W， GIOVANOLA B， TRIVEDI R. Theory of microstructural development during rapid solidification［J］. Acta Metallurgica， 1986， 34（5）： 823-830.

徐骏，桑吉梅，张顺福，等.上引连铸法生产紫铜管坯的显微组织分析［J］.稀有金属，1994（5）：354-359.

覃向忠，李镇鹏，刘辉.上引连铸的工作原理及影响因素分析［J］.电工材料，2010（1）：17-19.

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