CSP结晶器钢液流动及传热行为对薄板坯表面纵裂的影响

发布时间：2020-05-07 03:17

【摘要】：针对CSP薄板坯连铸生产中遇到的表面纵裂问题,本文从结晶器钢液传输角度分析薄板坯表面纵裂形成原因,讨论CSP结晶器内液面波动、夹杂物聚集、表面温度分布不均对薄板坯纵裂的影响：针对CSP结晶器漏斗型曲面形状特点,运用光塑性方法,比较了不同曲率结晶器形状内铸坯受到的挤压力状况。在表面纵裂形成原因探讨的基础上,研究电磁制动对结晶器内铸坯质量的影响。运用数值模拟方法,研究高拉速连铸生产CSP薄板坯时,结晶器钢液流动及凝固传热特点。当拉速为6m/min时,液面波动幅度达到±16mm,液面波动剧烈是造成卷渣的主要原因。薄板坯连铸生产中,初凝坯壳表面最大温度梯度的位置均在漏斗区边缘,70mm厚度薄板坯的横向表面温差在结晶器出口达到110K,表面温度分布不均可能是薄板坯在结晶器漏斗区域易产生纵裂的原因之一。受漏斗型结晶器形状约束,CSP薄板坯在拉坯过程中受到额外挤压力,运用光塑性法研究增大曲率、现行曲率及减小曲率三种形状的漏斗型结晶器对薄板坯的挤压状况,其最大应变量分别为2.7%、2.1%、1.9%,漏斗型曲面形状与薄板坯表面纵裂密切相关。运用大样电解及金相法对CSP薄板坯夹杂物进行研究,SPHC钢薄板坯大样电解结果表明,铸坯宽度方向1/4处(漏斗形边缘)的大型夹杂物最多,占40%以上,大颗粒夹杂物在漏斗区边缘聚集,可能是该处表面纵裂成因之一。基于薄板坯结晶器内铸坯纵裂成因分析基础,建立结晶器钢液流动-传热-凝固-电磁耦合模型,研究外场-电磁制动对结晶器内钢液传输的影响,阐述电磁制动装置的电-磁转换特性,分析结晶器内磁场分布及其对钢液流动及传热的影响,优化生产工艺参数,讨论电磁制动对CSP结晶器内铸坯纵裂源的抑制作用。电磁制动能显著改善CSP结晶器内钢液流动状态,当磁场强度增加到0.2T,液面波动幅度降至±5mm以内。采用电磁制动后,薄板坯出结晶器后表面温度更均匀,有利于改善表面纵裂等铸坯质量问题。
【图文】：

示意图,结晶器,示意图,薄板

工艺往往需要30小时以上，从而节约了流动资金，降低了生产成本，企业可以很快地取得较好的经济效益；(3)节约能源，提高成材率。从原料至产品，吨钢投资下降19%?34%，吨材成本降低80?100美元，金属消耗、热能消耗、电耗分别为常规流程的66.7%、40%和80%,成材率可提高11%?13%。薄板还连铸结晶器是薄板还连祷技术的核心，也是薄板还连铸区别于传统连祷的明显标志。薄板还结晶器的以下特点决定了结晶器的设计：(1)水口外壁与结晶器内壁距离小，，对中要准：(2)液面以下的钢水容量少，要维持钢水的稳定，液面波动要小；(3)形状上，要能易于浸入式水口的插入，并且保证浸入式水口的使用寿命，保证有足够的化澄面积，器壁不对还壳产生过大的压力，减少还壳表面缺陷与裂纹。能容纳较大量的钢液，减少结晶器内钢液瑞流，有助于均勾化渣，减少流股对还壳的冲刷，形成均勾的凝固还壳厚度，进而减少拉漏和裂纹的产生。

过冷度,收缩量,碳钢,包晶点

薄板还的凝固过程属于快速凝固，由于冷却速率快，其包晶反应区域和包晶点的位置会发生变化。图2-7为在不同的过冷度（10、20、50、100-C)下钢种的热收缩量与碳含量的关系。从图2-7可以看出，当过冷度从i(rc增加到lOO'C，收缩量最大的包晶点W (C)从0.17%减小到0.09%。在Fe-C平衡相图上，包晶点的W (C)为0.18%，而实际生产过程中的凝固是在非平衡条件下进行的。对传统板还连铸，过冷度小，Fe-C相图的左移现象较轻，碳钢的包晶点W (C)在0.15%左右；对薄板还连祷，冷却速度快，过冷度大，Fe-C相图向左下方移动较大
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF777.7

【参考文献】