《連鑄坯初始凝固控制技術(shù)的發(fā)展》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《連鑄坯初始凝固控制技術(shù)的發(fā)展（39頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,連鑄坯初始凝固控制技術(shù)的發(fā)展,程常桂,武漢科技大學(xué)材冶學(xué)院冶金工程系,1,主要內(nèi)容,結(jié)晶器內(nèi)初始凝固區(qū)鋼液的凝固行為,連鑄初始凝固引起的鑄坯質(zhì)量問題,連鑄坯初始凝固控制技術(shù)及原理,結(jié)論,2,狹義的初始凝固控制區(qū)域就是指結(jié)晶器上部彎月面附近的區(qū)域，,廣義是指結(jié)晶器上部區(qū)域,。,1,結(jié)晶器內(nèi)初始凝固區(qū)鋼液的凝固行為,保護渣,結(jié)晶器,凝固坯殼,彎月面,鋼液,3,1,結(jié)晶器內(nèi)初始凝固區(qū)鋼液的凝固行為,在結(jié)晶器內(nèi)初始凝固區(qū)域，快速冷卻形成的薄凝固坯殼承受著保護渣,動態(tài)壓力、鋼液靜壓力、鋼液表面張力、坯殼凝固收縮力、相
2、變應(yīng)力、熱應(yīng)力、渣膜的剪應(yīng)力及鋼液流對凝固坯殼的沖刷力等,作用。,在這些力的綜合作用下，初始凝固坯殼可能產(chǎn)生變形，坯殼厚度均勻性可能較差，從而導(dǎo)致鑄坯產(chǎn)生各種表面缺陷。,4,2,連鑄初始凝固引起的鑄坯質(zhì)量問題,連鑄坯的表面缺陷主要有以下幾種,:,深振痕、表面凹陷、裂紋、表面夾渣等。,2.1,連鑄坯的深振痕,連鑄坯的振痕有凹陷形振痕、鉤形振痕兩種類型。,5,2,連鑄初始凝固引起的鑄坯質(zhì)量問題,鉤狀振痕,凹陷振痕,連鑄坯深振痕的危害：皮下晶粒粗大、表面橫裂的根源。,6,2,連鑄初始凝固引起的鑄坯質(zhì)量問題,鉤狀振痕的形成機理,7,凹陷形振痕形成機理,2,連鑄初始凝固引起的鑄坯質(zhì)量問題,振痕的形成原因
3、可以歸結(jié)于渣膜內(nèi)壓力的變化；,這種壓力波動值越大，產(chǎn)生振痕的深度就越深；,8,2,連鑄初始凝固引起的鑄坯質(zhì)量問題,2.2,連鑄坯的表面凹陷,連鑄坯表面凹陷有：,縱向凹陷、橫向凹陷缺陷之分。,包晶鋼方坯表面縱向凹陷缺陷,鑄坯角部的橫向凹陷缺陷,9,2,連鑄初始凝固引起的鑄坯質(zhì)量問題,縱向凹陷的危害：,導(dǎo)致鑄坯坯殼與結(jié)晶器內(nèi)壁之間產(chǎn)生氣隙，使得局部熱流密度降低。鑄坯表面產(chǎn)生縱裂，內(nèi)部產(chǎn)生角部裂紋。,另外，在某些試樣檢測中還發(fā)現(xiàn)，黑或白的偏析帶。,Q275,鋼角部裂紋,10,2,連鑄初始凝固引起的鑄坯質(zhì)量問題,（,1,）縱向凹陷形成機理,11,（,2,）橫向凹陷形成機理,2,連鑄初始凝固引起的鑄坯質(zhì)
4、量問題,12,2,連鑄初始凝固引起的鑄坯質(zhì)量問題,2.3,連鑄坯的表面裂紋,表面縱裂是在結(jié)晶器彎月面區(qū)初生坯殼厚度不均勻，作用在坯殼上的拉應(yīng)力超過鋼的高溫允許強度和應(yīng)變，在坯殼的薄弱處產(chǎn)生應(yīng)力集中導(dǎo)致產(chǎn)生縱裂。,表面縱裂紋,消除表面縱向裂紋的一個有效途徑就是在彎月面區(qū)域采用低的熱流密度,13,2,連鑄初始凝固引起的鑄坯質(zhì)量問題,表面橫裂有面部橫裂、近角部橫裂紋,角部橫裂紋,危害：結(jié)疤、起皮與邊部縱向裂紋,減小振痕深度；抑制,C-N,化物和硫化物在晶界的析出，或使,C-N,化合物的質(zhì)點變相，以改善奧氏體晶粒熱延性,14,表面星形裂紋在鑄坯表面酸洗或拋丸之后，才會發(fā)現(xiàn)，深度可達,5mm,，沿奧氏體
5、晶界分布。,危害：,加熱爐中起鱗后可以去除較淺的微裂紋，但較深的裂紋卻無法去除，導(dǎo)致在軋制過程中開裂產(chǎn)生嚴重的裂紋。,2,連鑄初始凝固引起的鑄坯質(zhì)量問題,15,綜上所述：,鑄坯表面或皮下缺陷的產(chǎn)生均起源于鑄坯的初始凝固階段。,影響因素有：結(jié)晶器內(nèi)的冷卻條件；保護渣的物理屬性；結(jié)晶器振動條件；結(jié)晶器錐度量。,因此控制初始凝固過程，改善鑄坯在初始凝固過程中的傳熱凝固特點、改善潤滑過程，可以有效的提高鑄坯質(zhì)量。,2,連鑄初始凝固引起的鑄坯質(zhì)量問題,16,3,連鑄坯初始凝固控制技術(shù)及原理,3.1,結(jié)晶器非正弦振動技術(shù),早期的觀念認為：結(jié)晶器振動所起的有益作用是通過對拉裂坯殼的“愈合”，愈合時間至少為,
6、0.3s,。,現(xiàn)在的觀點認為：不能取消結(jié)晶器的負滑動，結(jié)晶器的負滑動時間一般控制在,0.1s,左右。,非正弦,正弦,A,1,A,0,非正弦比,A,（,%,）：,A(%)=A,1,/A,0,100,Vm,t,17,保護渣消耗速率與振動模式的關(guān)系,3.1,結(jié)晶器非正弦振動技術(shù),18,非正弦振動與磨擦阻力的關(guān)系,非正弦振動與振痕深度的關(guān)系,3.1,結(jié)晶器非正弦振動技術(shù),19,3,連鑄坯初始凝固控制技術(shù)及原理,3.2,結(jié)晶器水平振動與垂直正弦振動控制技術(shù),該控制技術(shù)原理圖如下圖所示，水平振幅在,0.01 mm,內(nèi)。,1,2,3,4,5,6,1-,液壓缸；,2-,背板框架；,3-,窄面銅板；,4-,寬面
7、銅板；,5-,；直線導(dǎo)軌；,6-,固定框架,20,在水平振動過程中采用了三種振動曲線：,3.2,結(jié)晶器水平振動與垂直正弦振動控制技術(shù),21,水平振動對振痕深度的影響,3.2,結(jié)晶器水平振動與垂直正弦振動控制技術(shù),22,水平振動對偏析和深度的影響,3.2,結(jié)晶器水平振動與垂直正弦振動控制技術(shù),23,3.3,高頻電磁場軟接觸連鑄技術(shù),3.3,高頻電磁場軟接觸連鑄技術(shù),在初始凝固區(qū)域施加高頻磁場，頻率可高達,20kHz,，僅在結(jié)晶器內(nèi)金屬液表層中產(chǎn)生向熔池中心的擠壓力，使鑄坯表面與結(jié)晶器內(nèi)壁之間處于軟接觸狀態(tài)的連鑄技術(shù)。,1-,結(jié)晶器壁；,2-,浸入式水口；,3-,保護渣；,4-,鋼液；,5-,凝固
8、坯殼；,6-,電磁線圈,24,3.3,高頻電磁場軟接觸連鑄技術(shù),With EMF,Without EMF,25,3.3,高頻電磁場軟接觸連鑄技術(shù),結(jié)晶器正弦振動與間歇式高頻磁場結(jié)合控制技術(shù),I,T,int,B,min,B,max,t,熔池,熔池,結(jié)晶器,26,3.3,高頻電磁場軟接觸連鑄技術(shù),27,連續(xù)磁場和間歇式磁場對鑄坯表面質(zhì)量的影響。,3.3,高頻電磁場軟接觸連鑄技術(shù),28,3.3,高頻電磁場軟接觸連鑄技術(shù),調(diào)幅磁場耦合結(jié)晶器振動技術(shù)可以更好地解決保護渣道動態(tài)壓力變化的問題，使初始凝固殼在結(jié)晶器振動的整個周期內(nèi)保持平衡，彎曲變形程度小，在取得相同鑄坯質(zhì)量的情況下還可以節(jié)約電力。,B,t,
9、T,(a),(b),B,0,t,B,T,a-,正弦波形；,b-,三角波形,29,3.4,電磁振動控制技術(shù),3.4,電磁振動控制技術(shù),1,2,3,4,5,1-,上部線圈；,2-,下部線圈；,3-,結(jié)晶器；,4-,凝固坯殼；,5-,金屬液,30,3.5,熱頂控制技術(shù),3.5,熱頂控制技術(shù),1,3,2,4,5,1-,不銹鋼插件；,2-,結(jié)晶器銅板；,3-,結(jié)晶器鍍層；,4-,金屬液；,5-,凝固坯殼,在熱頂區(qū)域，熱流密度減少了,75%,，振痕深度減小了,30%,，鑄坯表面質(zhì)量得到改善。,31,3.5,弱冷結(jié)晶器控制技術(shù),3.5,弱冷結(jié)晶器控制技術(shù),1,18.0,3.9,2,3,1-,彎月面；,2-,
10、凝固坯殼；,3-,鎳基,718,合金結(jié)晶器,32,結(jié)晶器材質(zhì)對熱流和結(jié)晶器壁溫度的影響,3.5,弱冷結(jié)晶器控制技術(shù),33,采用弱冷結(jié)晶器的鑄坯皮下,1.5mm,枝晶臂距離及冷卻速率及裂紋指標。,3.5,弱冷結(jié)晶器控制技術(shù),34,3.5,弱冷結(jié)晶器控制技術(shù),弱冷結(jié)晶器對鑄坯表面質(zhì)量和組織結(jié)構(gòu)的影響,35,3.6,氣膜軟接觸連鑄技術(shù),氣膜軟接觸連鑄技術(shù)是鋁合金連鑄中改善鑄坯質(zhì)量的一種新技術(shù)。,采用氣膜軟接觸連鑄技術(shù)有：結(jié)晶器內(nèi)冷卻速率低、冷卻強度均勻、潤滑性能好等優(yōu)點。,36,3.6,氣膜軟接觸連鑄技術(shù),非連續(xù)氣膜區(qū),拉坯方向,連續(xù)氣膜區(qū),37,4,結(jié)論,連鑄坯的表面質(zhì)量與結(jié)晶器內(nèi)初始凝固區(qū)域鋼液的凝固行為密切相關(guān)，減輕初始凝固坯殼的彎曲變形程度、提高鑄坯初始凝固坯殼厚度的均勻性是提高鑄坯表面質(zhì)量的關(guān)鍵。,為減輕初始凝固坯殼彎曲變形程度，冶金工作者采用結(jié)晶器寬面銅板水平振動、電磁軟接觸連鑄等技術(shù)以降低結(jié)晶器內(nèi)保護渣通道的壓力；為改善鑄坯凝固坯殼厚度均勻性，冶金工作者采氣膜軟接觸、熱頂、導(dǎo)熱率低的結(jié)晶器等技術(shù)實現(xiàn)結(jié)晶器的弱冷。,在連鑄坯初始凝固控制技術(shù)中，一些技術(shù)已成功地應(yīng)用于鋼連鑄的生產(chǎn)，一些技術(shù)還只用在有色金屬的連鑄上，仍需進一步研究，使其能夠應(yīng)用在鋼的連鑄中。,38,謝 謝,39,
連鑄坯初始凝固控制技術(shù)的發(fā)展
