溫度波動對連鑄初始凝固過程及鑄坯表面缺陷形成的影響.pdf

1、在鋼的連鑄中引入結(jié)晶器的振動，被認為是連鑄得以工業(yè)化應用的關鍵技術革命。振動式結(jié)晶器可以有效改善鑄坯的潤滑，避免坯殼與結(jié)晶器的粘結(jié)和漏鋼，使連鑄過程得以穩(wěn)定順利進行。但與此同時，結(jié)晶器振動也造成了一些負面影響，使得鑄坯表面產(chǎn)生周期性的振痕，并誘發(fā)其他相關缺陷如裂紋、偏析等的產(chǎn)生，惡化了坯殼的表面質(zhì)量。從力的角度看，這是由于結(jié)晶器的振動導致了保護渣道壓力、坯殼與結(jié)晶器之間作用力以及彎月面表面張力的變化，目前的研究也主要集中在這一方面；從傳

2、熱的角度看，這是由于結(jié)晶器的振動導致了初始凝固區(qū)域的傳熱發(fā)生變化，影響到初始凝固坯殼的穩(wěn)定生長，而有關這方面的研究卻鮮為報道。 本文從結(jié)晶器振動導致的初始凝固區(qū)域傳熱的變化出發(fā)，先是在對低熔點金屬錫連鑄初始凝固點溫度測量的基礎上，建立了包含“結(jié)晶器振動”在內(nèi)的的二維非穩(wěn)態(tài)傳熱數(shù)學模型，通過擴大計算域和動態(tài)物性參數(shù)設定等特殊處理，計算了該過程中坯殼的溫度變化情況，證實了溫度波動現(xiàn)象的存在。對工業(yè)條件下不銹鋼連鑄初始凝固傳熱過程的計

3、算表明，受結(jié)晶器振動的影響，在初始凝固區(qū)域鑄坯表面的溫度波動幅度最大可達到10K，這將會對初始凝固坯殼的生長以及坯殼缺陷的形成產(chǎn)生很大的影響。 基于這一溫度波動現(xiàn)象，本文在發(fā)展前人提出的包晶相變數(shù)學模型基礎上，定量計算了溫度波動對包晶鋼初始凝固過程中各相比例及相界面變化產(chǎn)生的影響。結(jié)果表明，溫度波動造成δ相向γ相的不穩(wěn)定轉(zhuǎn)變，使界面δ／γ發(fā)生波動，最大相對波動幅度達18％，導致坯殼生長不均勻，增大了表面裂紋等缺陷產(chǎn)生的幾率；還造

4、成γ相枝晶間的重熔，最大相對液膜厚度達到將近30％，極大降低了坯殼的抗拉強度和延展性，容易產(chǎn)生枝晶間裂紋或內(nèi)部裂紋。其中，含碳量為0.1％-0.17％的亞包晶鋼受溫度波動的影響尤為突出。在某種程度上，這一計算結(jié)果從理論上定量解釋了工業(yè)生產(chǎn)中部分包晶鋼、不銹鋼為什么難連鑄的問題。 為了驗證溫度波動對坯殼質(zhì)量的影響，本文對某廠生產(chǎn)的304L不銹鋼鑄坯的表面形貌，利用OM、SEM、EDS和XRD等多種手段進行了檢測分析，發(fā)現(xiàn)了一種新的

5、振痕形貌——熔斷溢流型振痕，經(jīng)分析它正是由于初始凝固區(qū)域溫度的波動，導致凝固彎月面熔斷，鋼液發(fā)生溢流而形成的；另外，還發(fā)現(xiàn)兩種表面偏析，分別出現(xiàn)在凹陷型和溢流型振痕底部。其中前者的形成也與溫度波動密切相關，它是在凹陷型振痕形成時，由于初始凝固區(qū)域的溫度的升高，造成半固態(tài)坯殼枝晶間的重熔，并在保護渣道負壓力下，把富含溶質(zhì)元素的鋼液通過枝晶間的通道抽入振痕底部而形成。 總之，本文對結(jié)晶器振動條件下初始凝固區(qū)域的傳熱過程進行了研究，計