基于弯月面附加热力行为的振痕控制技术研究

发布时间：2020-05-19 05:55

【摘要】：连铸生产过程中结晶器的固有振动使得铸坯表面形成周期性的振痕,其中还经常伴有夹渣、微裂纹和偏析等缺陷。因此,在连铸坯轧制之前需要进行表面清理,以保证轧材的质量。特别是对于高附加值钢种、特殊钢等必须进行表面磨削清理,不仅阻碍连铸连轧工艺的顺行,而且造成大量的能耗和金属损失。因此,研究和开发抑制连铸坯表面振痕形成的技术是现代连铸面临的一个重大课题和挑战。本文首先开展了基于连铸弯月面附加热力行为的振痕控制技术研究,提出了一种控制连铸坯振痕的新方法,即结晶器弯月面热障涂层法(Thermal barrier coatingabove mold meniscus,TBCMM)。通过结晶器一维传热的模拟实验,低熔点Sn-12.5%Pb合金的浸铸实验、弯月面附加热阻的传热分析以及外壁热障涂层结晶器的低碳钢连铸拉坯实验,系统地研究了结晶器弯月面热障涂层抑制振痕形成的方法和理论。研究结果表明:(1)TBCMM通过与保护渣的界面作用,可增加结晶器的界面传热热阻达15%-50%,从而有效地减弱了结晶器壁面对初始凝固坯壳的激冷作用,可有效抑制连铸坯表面振痕的形成。(2)低熔点Sn-12.5%Pb合金的浸铸实验结果表明,TBCMM使得结晶器弯月面的温度波动和热流突变的幅值降低50%,浸铸试样的表面振痕基本消失。(3)建立了结晶器振动条件下弯月面附加热阻的传热数学模型,模拟研究了结晶器弯月面处的温度和热流波动现象,揭示了 TBCMM振痕控制技术的作用机理。(4)采用TBCMM方法的外壁热障涂层结晶器的低碳钢中试连铸拉坯实验制备出表面基本无振痕的连铸坯。其次,本文开展了基于弯月面保护渣渣道压力变化的振痕控制技术研究,通过结晶器弯月面附加外场力对弯月面形状和保护渣渣道压力变化的理论分析,以及电磁软接触连铸对弯月面初生坯壳的感应加热作用(焦耳热)的模拟,阐述了电磁软接触连铸抑制振痕形成的机理;并在实验室开展了 Φ 100mm 圆坯不锈钢连铸软接触中试实验,证实了不锈钢电磁软接触连铸对振痕的抑制作用,进而开展了不锈钢电磁软接触连铸的工业生产实验研究。研究结果表明:(1)弯月面无外场力作用(常规连铸)和有外场力作用条件下的保护渣渣道最大压力分别为80kPa和5kPa左右,充分说明了弯月面附加外场力可大幅度降低保护渣渣道内的压力,从而降低在结晶器负滑脱期间对初生坯壳的弯曲变形作用,有助于抑制铸坯表面振痕的形成。(2)高频电磁场作用下初生坯壳的感应焦耳热模拟表明,电磁软接触连铸兼具弯月面附加外场力和附加热的双重作用,相比热障涂层结晶器对铸坯振痕具有更佳的的控制优势。(3)Φ10Omm不锈钢圆坯电磁软接触连铸中试实验制备出表面无振痕的连铸坯,证实了不锈钢电磁软接触连铸技术对振痕的抑制作用。(4)针对某Φ182mm圆坯连铸生产线,开发了圆坯不锈钢软接触电磁连铸成套系统,并成功地开展了工业生产实验。在额定频率20kHz、电源功率为120～150kW条件下制备出表面无振痕的不锈钢连铸圆坯。(5)针对某160mm×160mm方坯连铸生产线,开发了一套工业应用的方坯不锈钢软接触电磁连铸系统,并成功实现了多钢种连浇生产。在额定频率20kHz、电源功率150kW条件下制备出表面无振痕的不锈钢连铸方坯。不锈钢软接触电磁连铸方坯可实现免修磨直接轧制线材,使线材成品的综合成材率提高3%以上。
【图文】：

形貌,表面振痕,连铸坯,形貌

Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｔｈｅ邋ａｐｐｅａｒａｎｃｅ邋ｏｆ邋ｃａｓｔｉｎｇ邋ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ邋ｍａｒｋｓ逡逑（ａ）碳钢圆还；（ｂ）不镑钢圆还；（ｃ）不锈钢方还；（ｄ）不锈钢板还逡逑１．２．邋１振痕的周期性间距逡逑连铸坯表面振痕的周期性间距可由经验公式（１．１）计算给出［１＇式中，逡逑ｖｃ为连铸拉速，ｍｍ／ｓ，／为结晶器振动振频，Ｈｚ。逡逑Ｐｏｍ邋＝邋￣Ｊ：逦Ｃ１＇１）逡逑Ｅ邋１．０，逦逡逑■Ｂ逦ｆ＝３．３Ｈｚ，邋ｖｃ＝５０ｍｍ／ｓ逡逑ｇ＊邋０．５邋－逦ｃ逡逑１。＿。卜逡逑５逡逑００邋0邋逦逦逦邋逦逦逦逦邋．邋逦逦逦逦邋．邋，，逦逦邋，逦逦逦逦逡逑0■邋０逦１０逦２０逦３０逦４０逦５０逦６０逦７０逦８０逦９０逦１００邋１１０邋１２０逡逑Ｍｅａｓｕｒｅｄ邋ｂｉｌｌｅｔ邋ｌｅｎｇｔｈ，ｍｍ逡逑

形貌,振痕

图丨．４两种典型的振痕形态逡逑Ｆｉｇ．邋１．４邋Ｔｗｏ邋ｋｉｎｄｓ邋ｏｆ邋ｔｙｐｉｃａｌ邋ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ邋ｍａｒｋｓ逡逑图１．５为Ｔａｋｅｕｃｈｉ等通过光学显微镜观察到的两种振痕类型形貌。Ｓｅｎｇｕｐｔａ逡逑等［９，３５，３６］和Ｌｅｅ等［３７，３８］通过金相分析着重研宄了钩状振痕的形貌及连铸坯不同位逡逑置的振痕形状的改变，如图１．６和图１．７所示。逡逑灥W逡逑图１．５Ｔａｋｅｕｃｈｉ等观察的两种典型的振痕类型逡逑Ｆｉｇ．邋１．５邋Ｔｗｏ邋ｔｙｐｅｓ邋ｏｆ邋ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ邋ｍａｒｋｓ邋ｏｂｓｅｒｖｅｄ邋ｂｙ邋Ｔａｋｅｕｃｈｉ邋ｅｔ邋ａＬ逡逑（ｂ）邋＼邋ｙ邋Ｌｉｎｅ邋ｏｆ邋ｈｏｏｋ邋ｏｒｉｇｉｎ逦ｃ．ａｓ—出阳N逡逑逦Ｏｕｔｌｉｎｅ邋ｏｆ邋ｆｒａｃｔｕｒｅｄ逡逑’逦ｂｏｏｋ邋ｔｉｐ邋（ｅｓｔｉｍａｔｅｄ）逡逑图１．６Ｓｅｎｇｕｐｔａ等观察的钩状振痕逡逑Ｆｉｇ．邋１．６邋Ａｐｐｅａｒａｎｃｅ邋ｏｆ邋ｈｏｏｋ邋ｏｂｓｅｒｖｅｄ邋ｂｙ邋Ｓｅｎｇｕｐ
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TF777

【参考文献】