連鑄板坯凝固過程的研究

1、連鑄板坯凝固過程的研究連鑄板坯凝固過程的研究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)了近年來對連鑄凝固過程的研究，分析了在連鑄凝固過程形成的中心宏觀偏析、疏松縮孔和裂紋的狀況，依據(jù)連鑄坯的凝固過程，建立了連鑄板坯凝固過程傳熱模型。本研究為連鑄工藝的改進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)了一個國家的工業(yè)化水平，連鑄的發(fā)展關(guān)系到整個國家的發(fā)展。而連鑄設備和工藝技術(shù)

5、的進步與連鑄坯凝固過程的控制是緊密相關(guān)的，所以對連鑄坯凝固過程的研究與控制是很有意義而且極其重要的。與模鑄相比，連鑄過程有以下特點(1)：(1)連鑄坯凝固實質(zhì)上是動態(tài)傳熱過程，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的加工過程。連鑄坯運行過程中坯殼所承的外力作用(如熱應力、鋼水靜壓力、彎曲矯直力等)，對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，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運行過程中接受噴水冷卻，同時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”的過程，因此相變和質(zhì)點在晶界的析出對鑄坯裂紋有重要影響。二連鑄坯凝固過程分析連鑄坯凝固過程分析1，連鑄凝固過程介紹，連鑄凝固過程介紹連鑄過程是包含流動、傳質(zhì)、傳熱等復雜現(xiàn)象的液態(tài)金屬凝固成形的過程，流動、傳質(zhì)、傳

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

8、數(shù)量的柱狀晶時，其中心部位出現(xiàn)微小的縮孔，中心偏析也加劇；當鑄坯中柱狀晶非常發(fā)達時，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重。通過鍛壓或軋制，輕微的疏松和縮孔可以焊合。然而嚴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、對角線裂紋、矯直彎曲裂紋、中心裂紋以及角部

9、裂紋。通常認為內(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，其形成過程大都經(jīng)過三個階段：(a)拉伸力作用到凝固界面；(b)造成柱狀晶的晶間開裂；(c)偏析元素富集的鋼液填充到開裂的空隙中。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、彎曲和矯直過程中，鑄坯的內(nèi)部變形率超過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產(chǎn)生的變形率；3)輥子對弧不準所造成鑄坯內(nèi)部的附加變形率；4)拉坯力及熱應力造成的附加變形率；5)輥子彎曲造成的鑄坯附加變形率。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。當鑄坯經(jīng)過噴水段的強烈冷卻進入輻射冷卻區(qū)時，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變。當某一局部位置的張力應變超過該處的極限變形值時，就產(chǎn)生中間裂紋。因此應控制二冷區(qū)的冷卻制度，使鑄坯表面溫度的回升不超過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，一般認為是由于凝固末期鑄坯心部的收縮造成的。當鑄坯即將完全凝固時，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力發(fā)生。當此張應力施加于鑄坯的心部時，就產(chǎn)生了中心線裂紋。二冷條件的不當和鑄坯的鼓肚都會加劇中心線的裂紋。3)對角線裂紋和角部裂紋對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)。當鑄坯四個面冷卻不均時，冷面附近鋼的收縮引起這兩面間對角線上的張力應變。當應變值很大時便引起方坯的歪扭變形，在冷卻較快的兩個面形成銳角，而在兩個鈍角之間靠近凝固前沿的地方形成裂紋。這種裂紋叫做對