非晶条带成型过程中铜辊的热传导分析.pdf

非晶条带成型过程中铜辊的热传导分析 本报告 主要内容来自 至 国际材料加工领域顶级权威期刊《 Journal of Materials Processing Technology》（ JMPT，“材料成型技术杂志” ），目前也是国际上制造领域下载量最大的期刊 文章名字： Cooling wheel features and amorphous ribbon formation during planar flow melt spinning process（ 非晶成型 （ PFMS） 过程中，冷却辊的特征和非晶条带的 结构） 作者 ： M. Sowjanya 本 报告主要通过假定一些条件，计算和模拟非晶带材成型过程中热流方向，其中铜辊导热是通过软件进行计算和分析，进而对非晶带材生产过程进行有效的指导 一、本报告中 主要 术语 w：喷嘴缝宽度 F:体积分数 G:喷嘴与铜辊的间距 P:压力 ωd：铜辊转速 t：带材厚度 Tej：浇铸温度 Tg：玻璃转变温度 hin： 内部表面热传导系数 hout：外部表面热传导系数 Q1:上游处传递流热 Q2： DSM 处的热流 Q3：条带处的热流 Qw：通过铜辊的热流 R:铜辊的半径 Δt： 带材极差 b：铜辊厚度 VOF:熔体体积 二、 分析 热流过程中所需 的参数值 符号 名称 数值 ρ 密度 7.18g/cm−3 Cp 比热 544J/(kg•K) k 导热系数 8.99W/mK μ 粘度 σ 表面张力 1.2N/m M.P. 熔点 1180℃ Tg 玻璃转变温度点 873K 粘度公式 三、 测试 过程中的假定 条件 1、除粘度与温度有关外，所有的物理量均与温度无关。

2、熔融合金和铜辊及喷嘴之间没有相对滑动 铜辊表面光滑，熔融合金和铜辊之间没有阻力 3、熔液在喷嘴处充分流动 4、喷嘴处没有热传递 一体包和喷嘴套没有热传递 5、 Cu 辊套厚度 20mm，内壁完全与冷却水接触 6、非晶带材经铜辊冷却后，带材温度为室温 7、 粘度在 500℃ 一下假定为一个常量 8、铜辊性能不 随温度的变化而变化 9、 熔池和条带与铜辊宽度相同 四、非晶制备过程和熔潭示意图 （ a）为非晶带材成型过程示意图；（ 2）非晶带材成型过程中熔潭示意图 五、热传递模型 （ a）为空气传热模型；（ b）为放大后的空气和铜辊间的导热模型；（ c）为铜辊的导热模型；（ d）为 10ms 后的熔潭导 热传递模型 其中： CD：喷嘴嘴缝 BC,DE：喷嘴 AB,AG,EF,FH：大气 GH：液固共存态合金 六、 模拟结果 （ a） –（ e） 为熔融合金的热流从熔化态到空气和铜辊的热传递过程 （ f）为热流导向空气的示意图 其中： Qin：总热量， 2.9MW Q1：熔潭上端的热流损失， 193W(10ms) Q2：熔潭下端的热流损失， 275W(10ms) Q3： 从熔潭带出热流， 162KW (10ms) 对流： 468W(10ms) Qw： 最大导热量 Cu 辊导热 2.7MW(10ms) 冷却到图示的 362K温度下，模拟测得的 径向距离为 6.38mm， 圆周距离为 16mm。

转速范围为 15.7m/s~19.6m/s，冷却周期为 60ms~48ms 单次热流循环时间为 60ms 成型过程的参数 : P = 13.789 kPa， Tej= 1553 K， G = 0.3 mm， w = 0.4 mm， ωd= 1000 rpm（ 15.7m/s） ， 铜辊间的热 散逸： x = 16 mm, y = −6.38 mm). 最高温度位置为熔潭下端 七、 不同转速和温度对带材厚度的影响 不同转速和温度下带材的厚度 （ P = 13.789 kPa, G = 0.3 mm, and w = 0.4 mm） 总结： 1、喷带过程中，铜辊导热是在假定一些参数的前提下，模拟出的温度曲线 2、铜辊的冷却效果与铜辊的表面温度有较大的关系 3、本次模拟的热流循环周期为 60ms 4、铜辊的导热过程通常在 10ms 内完成 5、热量的流向为空气导热、带材内残余和铜辊冷却，最大的导热方向为铜辊导热 6、熔潭内 为 固液共存 态 7、铜辊导热范围为：厚度约为 6.4mm，长度方向约为 16mm 8、提高转速和过热度均可降低带材厚度，其中温度的作用大于过热度 方面的影响 。

9、熔潭收到破坏会引起断带现象。