連鑄板坯凝固過(guò)程的研究

1、連鑄板坯凝固過(guò)程的研究連鑄板坯凝固過(guò)程的研究TheResearchontheSolidificationProcessingofContinuousCastingBlank田陸詹志偉江兵楊建桃王戰(zhàn)峰劉青松Tianluzhanzhiweijiangbinyangjiantaowangzhanfengliuqingsong（鐳目公司北京研究所北京，100080）(Beijingresearchinstituteoframon，beijing

2、，100080)摘要：摘要：本文總結(jié)了近年來(lái)對(duì)連鑄凝固過(guò)程的研究，分析了在連鑄凝固過(guò)程形成的中心宏觀偏析、疏松縮孔和裂紋的狀況，依據(jù)連鑄坯的凝固過(guò)程，建立了連鑄板坯凝固過(guò)程傳熱模型。本研究為連鑄工藝的改進(jìn)提供了一定的理論參考。Abstract：ItsummarizedtheresearchoftheSolidificationProcessingofContinuousCastingBlankanalyzedthecentralmacr

3、osegregationpositycrackincontinuouscastingblank.BasedontheSolidificationProcessingofContinuousCastingBlank，amathematicalmodelofthermaltransmissionmodelfContinuousCastingSolidificationhasbeenestablishedThiswkcangivetheeti

4、calreferencefthedesignoftechnologicofContinuousCasting.關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：連鑄凝固模型數(shù)值模擬傳熱Keywds:ContinuouscastingSolidificationmodelMathematicalSimulationHeattransfer一前言前言鋼鐵連鑄是銜接煉鋼與軋鋼之間的重要工序。連鑄比體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)化水平，連鑄的發(fā)展關(guān)系到整個(gè)國(guó)家的發(fā)展。而連鑄設(shè)備和工藝技術(shù)

5、的進(jìn)步與連鑄坯凝固過(guò)程的控制是緊密相關(guān)的，所以對(duì)連鑄坯凝固過(guò)程的研究與控制是很有意義而且極其重要的。與模鑄相比，連鑄過(guò)程有以下特點(diǎn)(1)：(1)連鑄坯凝固實(shí)質(zhì)上是動(dòng)態(tài)傳熱過(guò)程，分為結(jié)晶器冷卻區(qū)、二次冷卻區(qū)和空冷區(qū)；(2)連鑄坯凝固實(shí)質(zhì)上是沿液相穴在凝固溫度區(qū)間把液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w的加工過(guò)程。連鑄坯運(yùn)行過(guò)程中坯殼所承的外力作用(如熱應(yīng)力、鋼水靜壓力、彎曲矯直力等)，對(duì)鑄坯裂紋的形成有決定性影響；(3)連鑄坯是在分階段凝固過(guò)程中形成的，即結(jié)晶器

6、形成初生坯殼，二冷區(qū)接受噴水冷卻坯殼穩(wěn)定生長(zhǎng)，液相穴末端凝固結(jié)束。因此，為分區(qū)域采用不同的技術(shù)控制鑄坯質(zhì)量提供了條件；(4)已凝固坯殼在連鑄機(jī)運(yùn)行過(guò)程中接受噴水冷卻，同時(shí)液芯熱量又傳給坯殼，因此可把凝固坯殼看成經(jīng)歷“形變熱處理”的過(guò)程，因此相變和質(zhì)點(diǎn)在晶界的析出對(duì)鑄坯裂紋有重要影響。二連鑄坯凝固過(guò)程分析連鑄坯凝固過(guò)程分析1，連鑄凝固過(guò)程介紹，連鑄凝固過(guò)程介紹連鑄過(guò)程是包含流動(dòng)、傳質(zhì)、傳熱等復(fù)雜現(xiàn)象的液態(tài)金屬凝固成形的過(guò)程，流動(dòng)、傳質(zhì)、傳

7、熱過(guò)程相互作用，相互影響。連鑄過(guò)程是一個(gè)鋼水連續(xù)填充、連續(xù)凝固的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，鋼從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，并伴隨著熱量的傳輸。連鑄過(guò)程中，在鑄機(jī)中運(yùn)行的鑄坯要經(jīng)歷三個(gè)冷卻區(qū)：(1)結(jié)晶器：鋼水在結(jié)晶器中冷卻時(shí)，鋼水傳給結(jié)晶器銅板的熱量被高速流動(dòng)的冷卻水帶走，并形成人對(duì)方坯的研究(2)，發(fā)現(xiàn)鑄坯柱狀晶長(zhǎng)度、中心疏松的形狀以及中心偏析的程度，三者之間有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)鑄坯柱狀晶不明顯時(shí)，其中心部位的疏松較分散，中心偏析較輕微；當(dāng)鑄坯中有一定

8、數(shù)量的柱狀晶時(shí)，其中心部位出現(xiàn)微小的縮孔，中心偏析也加?。划?dāng)鑄坯中柱狀晶非常發(fā)達(dá)時(shí)，其中心部位的疏松可發(fā)展成為中心縮孔，而且中心偏析十分嚴(yán)重。通過(guò)鍛壓或軋制，輕微的疏松和縮孔可以焊合。然而嚴(yán)重的疏松和縮孔即使是大的壓縮比也難以焊合。優(yōu)質(zhì)鋼或合金鋼之所以在成材時(shí)需要大的壓縮比主要原因是上述缺陷的存在。（3）裂紋的形成）裂紋的形成連鑄坯的內(nèi)部裂紋是指鑄坯表面以下直至鑄坯中心的各種裂紋。包括中間裂紋、對(duì)角線裂紋、矯直彎曲裂紋、中心裂紋以及角部

9、裂紋。通常認(rèn)為內(nèi)裂紋是在凝固前沿發(fā)生的，其前端和凝固界面相連，所以內(nèi)裂紋也可稱為凝固界面裂紋。不論內(nèi)裂紋的類型如何，其形成過(guò)程大都經(jīng)過(guò)三個(gè)階段：(a)拉伸力作用到凝固界面；(b)造成柱狀晶的晶間開(kāi)裂；(c)偏析元素富集的鋼液填充到開(kāi)裂的空隙中。因此內(nèi)部裂紋大多伴有偏析的存在，因而也有人把內(nèi)部裂紋稱為偏析裂紋。內(nèi)裂紋發(fā)生的一般原因，是在冷卻、彎曲和矯直過(guò)程中，鑄坯的內(nèi)部變形率超過(guò)該鋼種允許的變形率。鑄坯的內(nèi)部變形率包括以下一些內(nèi)容：1)鑄

10、坯在夾輥之間鼓肚所產(chǎn)生的內(nèi)部變形率；2)帶液芯鑄坯在矯直時(shí)產(chǎn)生的變形率；3)輥?zhàn)訉?duì)弧不準(zhǔn)所造成鑄坯內(nèi)部的附加變形率；4)拉坯力及熱應(yīng)力造成的附加變形率；5)輥?zhàn)訌澢斐傻蔫T坯附加變形率。內(nèi)裂紋主要有以下幾種形式(3)：1)中間裂紋中間裂紋多發(fā)生在方坯厚度的四分之一處，并垂直于鑄坯表面。這種裂紋發(fā)生的原因，主要是由于在二冷下段，鑄坯表面溫度回升所形成的。當(dāng)鑄坯經(jīng)過(guò)噴水段的強(qiáng)烈冷卻進(jìn)入輻射冷卻區(qū)時(shí)，鑄坯中心熱量向外傳遞，使鑄坯表面溫度回升，

11、坯殼受熱膨脹，凝固前沿引起張力應(yīng)變。當(dāng)某一局部位置的張力應(yīng)變超過(guò)該處的極限變形值時(shí)，就產(chǎn)生中間裂紋。因此應(yīng)控制二冷區(qū)的冷卻制度，使鑄坯表面溫度的回升不超過(guò)100℃m。2)中心線裂紋這種裂紋出現(xiàn)在鑄坯橫斷面的中心區(qū)，并靠近凝固末端，也有人稱這種裂紋為斷面裂紋。關(guān)于中心裂紋形成的原因，一般認(rèn)為是由于凝固末期鑄坯心部的收縮造成的。當(dāng)鑄坯即將完全凝固時(shí)，鋼液中最后的那一部分潛熱自中心散出，致使中心部位溫度突然下降，此時(shí)中心線溫降比鑄坯表面溫降快

12、，因此出現(xiàn)中心線收縮，在中心線處有較高的張應(yīng)力發(fā)生。當(dāng)此張應(yīng)力施加于鑄坯的心部時(shí)，就產(chǎn)生了中心線裂紋。二冷條件的不當(dāng)和鑄坯的鼓肚都會(huì)加劇中心線的裂紋。3)對(duì)角線裂紋和角部裂紋對(duì)角線裂紋和角部裂紋一般都出現(xiàn)在方坯中，這種裂紋的形成與方坯的脫方有關(guān)。當(dāng)鑄坯四個(gè)面冷卻不均時(shí)，冷面附近鋼的收縮引起這兩面間對(duì)角線上的張力應(yīng)變。當(dāng)應(yīng)變值很大時(shí)便引起方坯的歪扭變形，在冷卻較快的兩個(gè)面形成銳角，而在兩個(gè)鈍角之間靠近凝固前沿的地方形成裂紋。這種裂紋叫做對(duì)