铅合金板带双辊连续铸轧温度场模拟及其实验研究

论文摘要

铅合金板材广泛应用于制造蓄电池板与大型工业电解槽的阴阳极板。由于传统的成形工艺主要由铸造、反复多次往返轧制和切边等加工方法组成,因此生产效率低、几何废料率高,且在尺寸上很难满足商业发展的要求。采用新型的铅合金板带加工工艺——连续铸轧法生产铅合金板有助于解决上述问题,帮助企业改善劳动条件、提高经济效益。连续铸轧的凝固过程非常复杂,本文应用数值模拟的方法对铅合金板带连续铸轧过程的温度场进行了模拟,并通过实验对模拟进行验证,具体的研究工作有：(1)阐述了与铅合金铸轧过程关系密切的基本传热理论与有限元分析理论方法,对数值模拟之前的几个关键问题进行了处理,为数值模拟做好了准备。(2)利用有限元模拟软件ANSYS对铸轧区温度场进行模拟分析,得出了铸轧速度、浇注温度、辊缝大小以及轧辊直径对铸轧区温度场分布的影响规律,结果表明合理的铸轧速度在1～1.4 m/min之间；合理的浇注温度在360～400℃之间；合理的辊缝大小为4.0～6.0mm；合适的轧辊直径为200～400mm。(3)通过实验制备出表面平整、力学性能良好的铅合金板带。(4)对板带进行密度、电导率与腐蚀率的测试,结果表明连续铸轧铅板与传统工艺铅板的密度、电导率大小相当,连续铸轧铅板的抗腐蚀能力优于传统工艺铅板。(5)对板带进行组织观察和力学性能测试,结果表明连续铸轧板带与传统工艺生产的板带晶粒大小相当且更加均匀,连续铸轧板带的力学性能比传统工艺板带高出大约7Mpa,满足商业使用要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 铅及铅合金
• 1.1.1 铅的广泛应用
• 1.1.2 铅及铅合金的性质
• 1.2 铅合金的主要成形方法
• 1.2.1 铅合金熔炼与铸锭
• 1.2.2 铅合金的塑性加工
• 1.3 连续铸轧技术
• 1.3.1 连续铸轧技术的发展、现状及趋势
• 1.3.2 连续铸轧技术的原理
• 1.4 连续铸轧温度场数值模拟研究概况
• 1.5 课题来源及主要研究内容
• 第二章 数值模拟相关理论与关键问题的处理
• 2.1 传热理论
• 2.1.1 热传导问题数值解法的基本思想与步骤
• 2.1.2 对流传热基础理论
• 2.2 有限元理论
• 2.2.1 有限元分析理论
• 2.2.2 离散化思想
• 2.3 铸轧区物理模型
• 2.4 关键问题的处理
• 2.4.1 熔体中的传热系数
• 2.4.2 凝固潜热的处理
• 2.4.3 边界接触热导的处理
• 2.5 本章小结
• 第三章 铸轧过程温度场数值模拟
• 3.1 数值模拟软件简介
• 3.2 铸轧过程有限元模型的建立
• 3.2.1 几何模型的简化
• 3.2.2 定义材料性能参数
• 3.2.3 网格划分
• 3.2.4 边界条件
• 3.3 铸轧过程温度场模拟结果
• 3.3.1 铸轧过程温度场的特点
• 3.3.2 工艺参数变化对铸轧温度场的影响
• 3.4 模拟结果的验证
• 3.5 本章小结
• 第四章 铅合金板连续铸轧实验
• 4.1 实验方案
• 4.1.1 铸轧实验
• 4.1.2 分析测试
• 4.2 技术难点与创新
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 铸轧实验结果
• 4.3.2 成功铸轧时的工艺参数
• 4.3.3 密度、电导率与腐蚀率测试结果
• 4.3.4 微观组织与能谱分析
• 4.3.5 连续铸轧铅板的力学性能
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的主要成果