基于鋁材鑄軋過程中成型界面傳熱行為的數學模型研究

歐露露

【摘要】隨著我國經濟的發展和進步，對于鋁材鑄軋技術的研究越來越深入。本文主要就鋁材鑄軋過程中成型界面傳熱行為的數學模型進行了分析和研究，掌握了材料鑄軋成型技術這種新型技術的基本模式。在此基礎之上提出了一些看法，希望可以對于研究此項目的人提供參考。

【關鍵詞】鋁材 鑄軋 界面 傳熱行為

【中圖分類號】TG33；TG21 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）38-0248-01

引言

材料鑄軋成型技術算是目前的一種新型技術，它實現材料的加工成型需要利用材料在變態過程中所形成的變形抗力，也可以被稱之為高效短流程技術。鋁材鑄軋過程中，鋁液的高溫性使其在鑄軋過程中的成型界面上出現高梯度溫度特點。研究鋁材鑄軋過程中成型界面傳熱行為的數學模型的時候要注意結合相應的工況，才可以確保研究結果客觀實際。

一、鋁材鑄軋過程中的相關信息

1.鋁材鑄軋過程的傳熱特點

針對鋁材進行鑄軋的時候要選擇合適的器材，確保最終目的達到。鋁材鑄軋一般需要利用鑄咀，鑄軋輥。即需要將鋁液通過鑄咀，并且使其進入到由兩個能夠旋轉的鑄軋輥形成的楔形區里面。鑄軋區的長度大約維持在七十毫米左右，這樣最后形成的帶坯會呈現出不同的厚度。鑄軋的時候，因為鋁材在凝固以及冷卻的過程一般都會放熱，熱量的傳遞最終會到輥套上面，輥套的內部循序系統則起到的作用是帶走輥套的熱量并冷卻輥套，這樣才會將鑄軋的過程始終保持在連續的狀態下。

2.鋁材鑄軋過程的成型界面傳熱機理

鋁材鑄軋過程的成型界面傳熱機理強調的是界面熱的交換過程。這一過程當中金屬熔融與冷輥套之間一旦接觸了，那么輥套的溫度就會發生變化，即呈現上升的趨勢，這個時候鋁材熔融的溫度就會下降，進而達到冷卻并凝固的狀態。鋁材鑄軋的區域之外，鑄軋區的輥套外表面也會與溫度很高的金屬熔融發生接觸繼而發生變化，即會溫度增高。這樣一來輥套的其他的位置則會在空氣中呈現冷卻的狀態。目前各國都開始研究鋁帶超薄快速鑄軋技術，這種鑄軋技術致力于將帶坯厚度變得再薄幾毫米，其鑄軋速度會提高幾分鐘，還有鑄軋鋁合金的范圍也會被擴大，熔體凝固速度則可以同時提高十倍甚至以上。

二、鋁材鑄軋成型界面的傳熱行為以及數學模式研究

1.基于鋁材鑄軋工況的成型界面傳熱行為

基于鋁材鑄軋過程中成型界面傳熱行為的數學模型進行研究的時候要重視鋁材鑄軋的參數，體現其工藝性為最佳，可以按照行業的標準進行確定和操作。這樣最后產生的帶坯厚度才會保持在最佳數值之內。研究鋁材鑄軋過程中成型界面傳熱行為的數學模型的時候要從成型界面的溫度變化規律入手，要詳細記錄輥套、鋁帶帶坯表面溫度、接觸界面溫度這三者之間的差值。成型界面可以確定為七十毫米，上面的鋁帶坯以及輥套的溫度通常都是在四點二秒的時間之內就發生了很大的變化，這些數據都會影響到數學模型研究，需要做好詳細記錄。當鑄軋過程持續的時候，輥面溫度還會繼續升高，而鋁帶坯溫度則會出現下降的趨勢。最終鑄軋結束之后，溫度差可以達到五十攝氏度左右。此外針對常規成型界面的輥套位置、鋁帶坯表面溫度梯度變化都需要做好詳細記錄。

2.選擇具體輥套形成的成型界面傳熱行為

一般情況下，以鑄軋區的入口位置為參照對象的話，那么熱流密度數值其實仍然是保持一致的。但是一旦鋁材鑄軋進行到了快速鑄軋階段中的時候，鑄軋區里面的熱流密度就會出現明顯的減緩現象，這種情況下，成型界面上的熱流密度便會出現上升的趨勢。通過研究發現在鑄軋區的出口位置形成的熱流密度則會出現達到常規成型條件熱流密度數值的兩倍甚至以上。

3.鋁材鑄軋過程中成型界面傳熱行為的基本方程

鋁材鑄軋的熱交換過程中需要確定具體的對稱面，一般是帶坯的中心平面。為了獲得基本方程，需要做的工作是確定科學的坐標系，目的是將復雜的問題簡單化。研究對象已經確定了，則只需要根據確定的研究對象完成鑄軋輥套所占據的空間，需要利用的是極坐標系。通過極坐標系得出的具體數據則可以形成基本方程。值得注意的是，最終形成的導熱偏微分方程所反映的是鑄軋過程中具體傳熱特點。根據這一個基本方程可以知道鋁材鑄軋過程中成型界面的傳熱行為中不僅包括了微觀粒子熱運動的導熱還包括了能量傳遞。

結束語

成型界面的傳熱屬于鋁材鑄軋成型過程中的一個首要環節，它的主要特點是溫度呈現梯度狀態而且冷卻的速度極快。而鋁材鑄軋過程中成型界面傳熱行為的數學模型就是建立在這些特點的基礎之上的。實踐中研究鋁材鑄軋的時候要測試不同鑄軋速度之下，成型界面的傳熱情況，綜合各個方面的信息才可以形成準確的研究結果。

參考文獻：

[1]王曉英，王楠. 鋁材鑄軋過程中成型界面傳熱行為的數學模型研究[J].赤峰學院學報（自然科學版），2017（1）：87-89