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研究生:蔡孟村
研究生(外文):Tsai, Meng-Tsun
論文名稱:鋁錠DC澆鑄缺陷改良技術研究
論文名稱(外文):Investigation of Defect improvements in a Direct-Chill Cast Process of aluminum ingots
指導教授:賴昆男
指導教授(外文):Lie, Kun-Nan
口試委員:哈冀連陳玟瑞呂金生蘇啟宗
口試委員(外文):Ha, Ji-LianChen, Wen-RueiLyu, Jin-ShengSu, Chi-Zong
口試日期:2011-07-27
學位類別:碩士
校院名稱:遠東科技大學
系所名稱:機械工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:68
中文關鍵詞:鋁錠鑄造噴水直接冷卻澆鑄溫度場澆鑄速度澆鑄高度
外文關鍵詞:aluminum castingDirect chill processCasting temperature profilecast speedliquid head in mold
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本文探討鋁錠澆鑄經由結晶器與噴水直接冷卻(DC)凝固過程中,其溫度場的變化。評估鋁湯澆鑄過程中所產生的翹曲、裂紋和偏析等缺陷的因素。鋁錠凝固成形之諸缺陷來自澆鑄之急冷收縮效應以及所產生的氣隙影響。急冷收縮造成翹曲和裂紋,氣隙阻熱效應則造成偏析和表面氣泡現象。本研究分析鋁湯澆鑄速度與高度、冷卻水溫度與流量對溫度場的變化的影響,來評估模具與澆鑄過程的改善之道。
於此本研究欲建立數值分析模式,分析鋁錠凝固過程中所釋出之潛熱與溫度場的變化、結晶器在產生的氣隙時之冷卻效果以及噴水直接冷卻的影響。其中對於結晶器內熱傳遞係數的模擬、潛熱釋出的熱傳遞模擬方式以及噴水直接冷卻之熱傳遞係數的模擬皆為數值分析結果正確與否的關鍵因素。鋁錠澆鑄過程中由液態凝固成固態,溫度場的變化也由鋁湯之溫度700~660℃冷卻至常溫,鋁錠的熱傳遞物理特性也隨著溫度而改變。而且結晶器內的熱傳遞係數也隨著鋁錠由液態凝固成固態以及氣隙的產生而改變,再者噴水直接冷卻之熱傳遞係數也隨著鋁錠表面溫度而改變。如何正確使用諸熱傳遞特性更是本研究的重要關鍵。藉由數值分析獲取鋁錠澆鑄過程中溫度場的變化之資訊,來探討鋁錠缺陷的成因與改善之道。

The study investigates the cooling of aluminum ingot through direct chill (DC) processes in which liquid aluminum is cooling continuously in mold and then with water spray at the exit of mold. The defects of cast ingot appear as curl, tears, sweat and liquation. It has been approved that the curl and tears are caused by the higher rates of initial cooling and solidifying in mold and the sweat and liquation are caused by the isolation of heat transfer by air gap between cast solid surface and the mold wall. The research analyzes the variations of temperature profiles in the cast processes by the changes of cast speed, liquid head in mold, the temperature and density of water spray and assesses the improvements of mold and cast process for the better cast quality.
The numerical analysis model is studied to investigate the temperature profiles in cooling processes with release of latent heat of solidification, the influence of air gap on cooling in mold and water spray. The numerical simulations for the heat transfer coefficients in mold and under water spray and heat transfer with release of latent heat in phase change decide the correctness of numerical solutions. As the temperature of aluminum is cooled from liquid phase about 700~660oC to solid phase with the ambient temperature in the cast process, the properties of heat transfer are considered to be functions of temperature. The heat transfer coefficient in mold decreases sharply when the air gap forms with solidification and the heat transfer coefficient under water spray is also a function of surface temperature of cast aluminum. The correct solutions come out only with the correct simulations. The project employs numerical solution to predict the temperature in cast aluminum and studies the improving methods on the quality of cast ingot in DC process.

目錄
誌謝 i
中文摘要 ii
英文摘要 iv
目錄 vi
表目錄 viii
圖目錄 ix
符號說明 xi
第一章 緒論 1
1-1.研究背景 1
1-2.研究目標 2
第二章 研究方法 5
2-1.理論分析 5
2-1-1.系統分析 5
2-1-2.溫度場分析 7
2-2.數值分析 11
2-2-1.格點分析 11
2-2-2.邊界條件分析 13
2-2-3.格點運算 14
第三章 結果討論 15
3-1.現場製程之條件 15
3-2.目前生產線上之品質缺陷 15
3-3.溫度場之數值分析結果 17
3-3-1.等溫線分析 17
3-3-2.液面高度分析 20
3-3-3.鋁錠不同高度之區域之溫度變化 21
3-3-4.比較不同之澆鑄速度與澆鑄溫度之結果 22
第四章 結論 25
參考文獻 47
附錄.VB電腦程式 48
自述 68

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4. ˙ 桑治強。〈中共航天戰略發展與我國應採之策略〉。國防雜誌第22卷第6 期(桃園:國防大學),2007 年12 月。
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7. ˙ 吳建德、朱家敏。〈中共攻勢防禦空軍建軍思維與台海安全〉。空軍學術雙月刊第596 期(台北:空軍司令部),2007 年2 月。
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