基于铝材铸轧过程中成型界面传热行为的数学模型研究

欧露露

【摘要】随着我国经济的发展和进步，对于铝材铸轧技术的研究越来越深入。本文主要就铝材铸轧过程中成型界面传热行为的数学模型进行了分析和研究，掌握了材料铸轧成型技术这种新型技术的基本模式。在此基础之上提出了一些看法，希望可以对于研究此项目的人提供参考。

【关键词】铝材 铸轧 界面 传热行为

【中图分类号】TG33；TG21 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）38-0248-01

引言

材料铸轧成型技术算是目前的一种新型技术，它实现材料的加工成型需要利用材料在变态过程中所形成的变形抗力，也可以被称之为高效短流程技术。铝材铸轧过程中，铝液的高温性使其在铸轧过程中的成型界面上出现高梯度温度特点。研究铝材铸轧过程中成型界面传热行为的数学模型的时候要注意结合相应的工况，才可以确保研究结果客观实际。

一、铝材铸轧过程中的相关信息

1.铝材铸轧过程的传热特点

针对铝材进行铸轧的时候要选择合适的器材，确保最终目的达到。铝材铸轧一般需要利用铸咀，铸轧辊。即需要将铝液通过铸咀，并且使其进入到由两个能够旋转的铸轧辊形成的楔形区里面。铸轧区的长度大约维持在七十毫米左右，这样最后形成的带坯会呈现出不同的厚度。鑄轧的时候，因为铝材在凝固以及冷却的过程一般都会放热，热量的传递最终会到辊套上面，辊套的内部循序系统则起到的作用是带走辊套的热量并冷却辊套，这样才会将铸轧的过程始终保持在连续的状态下。

2.铝材铸轧过程的成型界面传热机理

铝材铸轧过程的成型界面传热机理强调的是界面热的交换过程。这一过程当中金属熔融与冷辊套之间一旦接触了，那么辊套的温度就会发生变化，即呈现上升的趋势，这个时候铝材熔融的温度就会下降，进而达到冷却并凝固的状态。铝材铸轧的区域之外，铸轧区的辊套外表面也会与温度很高的金属熔融发生接触继而发生变化，即会温度增高。这样一来辊套的其他的位置则会在空气中呈现冷却的状态。目前各国都开始研究铝带超薄快速铸轧技术，这种铸轧技术致力于将带坯厚度变得再薄几毫米，其铸轧速度会提高几分钟，还有铸轧铝合金的范围也会被扩大，熔体凝固速度则可以同时提高十倍甚至以上。

二、铝材铸轧成型界面的传热行为以及数学模式研究

1.基于铝材铸轧工况的成型界面传热行为

基于铝材铸轧过程中成型界面传热行为的数学模型进行研究的时候要重视铝材铸轧的参数，体现其工艺性为最佳，可以按照行业的标准进行确定和操作。这样最后产生的带坯厚度才会保持在最佳数值之内。研究铝材铸轧过程中成型界面传热行为的数学模型的时候要从成型界面的温度变化规律入手，要详细记录辊套、铝带带坯表面温度、接触界面温度这三者之间的差值。成型界面可以确定为七十毫米，上面的铝带坯以及辊套的温度通常都是在四点二秒的时间之内就发生了很大的变化，这些数据都会影响到数学模型研究，需要做好详细记录。当铸轧过程持续的时候，辊面温度还会继续升高，而铝带坯温度则会出现下降的趋势。最终铸轧结束之后，温度差可以达到五十摄氏度左右。此外针对常规成型界面的辊套位置、铝带坯表面温度梯度变化都需要做好详细记录。

2.选择具体辊套形成的成型界面传热行为

一般情况下，以铸轧区的入口位置为参照对象的话，那么热流密度数值其实仍然是保持一致的。但是一旦铝材铸轧进行到了快速铸轧阶段中的时候，铸轧区里面的热流密度就会出现明显的减缓现象，这种情况下，成型界面上的热流密度便会出现上升的趋势。通过研究发现在铸轧区的出口位置形成的热流密度则会出现达到常规成型条件热流密度数值的两倍甚至以上。

3.铝材铸轧过程中成型界面传热行为的基本方程

铝材铸轧的热交换过程中需要确定具体的对称面，一般是带坯的中心平面。为了获得基本方程，需要做的工作是确定科学的坐标系，目的是将复杂的问题简单化。研究对象已经确定了，则只需要根据确定的研究对象完成铸轧辊套所占据的空间，需要利用的是极坐标系。通过极坐标系得出的具体数据则可以形成基本方程。值得注意的是，最终形成的导热偏微分方程所反映的是铸轧过程中具体传热特点。根据这一个基本方程可以知道铝材铸轧过程中成型界面的传热行为中不仅包括了微观粒子热运动的导热还包括了能量传递。

结束语

成型界面的传热属于铝材铸轧成型过程中的一个首要环节，它的主要特点是温度呈现梯度状态而且冷却的速度极快。而铝材铸轧过程中成型界面传热行为的数学模型就是建立在这些特点的基础之上的。实践中研究铝材铸轧的时候要测试不同铸轧速度之下，成型界面的传热情况，综合各个方面的信息才可以形成准确的研究结果。

参考文献：

[1]王晓英，王楠. 铝材铸轧过程中成型界面传热行为的数学模型研究[J].赤峰学院学报（自然科学版），2017（1）：87-89