大方坯连铸动态压下技术研究与应用

发布时间：2020-08-09 01:56

【摘要】：通常把边长大于等于220mm(含圆坯、矩形坯)的方坯连铸机叫做大方坯连铸机。大方坯连铸机生产钢种特殊且断面较大,在浇注过程中易出现中心疏松、中心偏析和内部裂纹等缺陷。为解决这一问题,新建的大方坯连铸机都采用电磁搅拌、凝固末端压下控制等技术。攀钢2号大方坯连铸机是国内自主设计研发的首台动态轻压下大方坯连铸机,该铸机是能够铸造国内最大断面(360×450mm)的4流大方坯连铸机,由于攀西地区钒钛矿富蕴的特点,其生产钢种合金钢含量较高,易出现中心偏析和疏松。针对该问题开展攀钢2号大方坯连铸机动态轻压下工艺及控制技术,以及动态重压下工艺及控制技术,将该技术应用于连铸压下的实际生产中,证明该技术能够有效提高连铸压的产品质量,优化现有生产工艺,扩展该设备的产品类型和控制功能。本文从连铸坯的工艺技术和质量要求入手,对铸坯的压下控制系统、控制设备特性进行了深入的分析。通过对大方坯压下技术的研究和总结,并结合生产实际过程中的问题,提出针对性的解决方案,总结了系统开发和应用效果,从而为该技术的应用和扩展以及后续系统开发和实施提供了参考。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF341.6
【图文】：

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昆明理工大学硕士学位论文6当铸坯发生鼓肚变形时，容易引起凝固末端液相穴内含富集溶质元素的钢液流动，从而形成中心偏析。然而，坯料的凝固端具有窄的液体尖端，并且树枝状“桥”阻碍钢水形成“小钢锭”结构，从而周期性地和间歇地发生偏析和收缩。中心松动是在板坯中心凝固端的树枝状结构之间产生的微小间隙[22]。中心偏析和孔隙度通常相互关联，如图1.2所示，典型的中心偏析和凝固过程中的中心孔隙度。图1.2连铸坯凝固工艺过程示意图Fig.1.2Schematicdiagramofsolidificationprocessofcontinuouscastingbillet从图1.2，在铸坯凝固末端产生了中心偏析与疏松，从而降低了连铸坯的质量和钢的韧性和耐蚀性，这严重影响了钢的各方面的性能。如图1.3所示为工业生产中常见的中心偏析与中心疏松。图1.3铸坯的中心偏析与疏松Fig.1.3Centersegregationandcenterporosityofslab针对这一铸坯凝固特性，在铸坯的某一固化区域中施加适量的还原，以补偿壳体的凝固收缩并防止残余钢水的侧向流动，并进一步减少富含溶质的钢水中的方向。液芯与坯料的方向相反流动允许溶质元素在钢水中重新分布，以改善中心偏析[23][24]。1.3论文主要的研究内容连铸压下技术是消除板坯中心偏析和松动的有效手段。本论文对重压下工艺和轻压下工艺进行了详细介绍和分析，着重分析了其模型的建立和控制系统的设柱状晶生长树枝晶生长等轴晶凝固两相区两相区中钢液的渗透V偏析形成中心偏析中心疏松形成凝固结束

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昆明理工大学硕士学位论文8第二章大方坯连铸压下技术的概述2.1引言在铸坯的凝固过程的时候一定会产生晶间液相区溶质元素的富集现象，这是因为钢液的选分结晶特性所引起的。也在同样情况下，富集溶质连续不断的向着铸坯的中心附近进行不断地补充，由此形成了中心偏析的现象（换言之：溶质的含量在中心位置的时候比较高一些、而在周围分布时较低一些）。对连铸方坯而言，由于枝晶间会出现“搭桥”现象，这种现场的出现会导致中心疏松或残余缩孔的产生，同时会出现上部钢液补充下部钢液被阻断的现象，也不可避免的出现中心偏析[22][23]。针对铸坯凝固这一特性，为了防止两种现象的出现，即坯壳的凝固收缩以及残余钢液的横向流动，因此需要在已经凝固的某一个区域内施加一定的压下量来补偿坯壳，作为轻压下技术的基本思想。其作用主要有：①在这种压下的作用之下能够使得液芯中溶质元素富集的钢液可以沿拉坯方向的反方向流动，这就导致了溶质的元素可以在钢液中能够进行重新的分配，这样有利于减少中心偏析的产生。②同样，在压下的作用下，能够直接消除铸坯内部空隙，这是铸坯收缩造成的，这有效的阻止了晶间的钢液向铸坯横向流动[25][26][27]。目前的压下技术就压力来源可分为两类。第一类是很少运用的，且其用法部分和刚体行业节能减排的思想的方法，即热应力模式。这种方法使用在大断面、表面裂纹敏感的钢种效果非常差。它是采用铸坯的强冷技术，使凝固的坯壳能够向内部收缩，这就能够产生与机械力压下相似的作用；第二类是机械应力模式，即采用机械压下的方法来补偿铸坯收缩（如下图2.1所示）[28][29]。图2.1连铸坯凝固末端轻压下示意图Fig.2.1Schematicillustrationofsoftreductionatthefinalstageofstrandsolidification

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昆明理工大学硕士学位论文16而实际上，铸坯在结晶器内冷却凝固时，铸坯已凝固坯壳和结晶器之间会产生气隙，增加坯壳和结晶器之间的热阻，致使热流密度大大减弱，坯壳的生长速度减弱。因此，本文采用瞬态热流密度对结晶器的边界条件进行处理分析。Savage和Pritchard经过多年的研究，得出了这样一个结论：结晶器内的传热是拉速和铸坯所处位置到弯月面距离的函数，结晶器中瞬态热流密度可以通过以下公式进行分析：q=ABt=ABz/v····························(3.10)其中，A=2.675，()=1.52.680/mBqzv。上述各式中，t表示时间，min；z指铸坯所处位置到弯月面的距离，m；zm指结晶器的高度，m；v指拉速，m/min；q指平均的热流密度，可由式(3.9)得到。(2)二冷区在二冷区内，铸坯中心处的钢液热量传导至铸坯的表面，在铸坯的表面位置处通过与喷雾水滴换热，达到冷却的目的。此过程使得表面温度下降，而铸坯中心处的温度还比较高。这样的话，铸坯的表面和铸坯的中心处存在着较大的温变量，即为铸坯传热的动力所在。如图3.3所示，二冷区铸坯表面热量的传递方式及所占比例为：铸坯表面向周围的辐射占25%，喷雾水滴蒸发占33%，喷淋水滴浸渍占25%，辊子与铸坯接触传导占17%[39]。图3.3二冷区铸坯表面传热方式示意图Fig3.3Schematicdiagramofheatconductionwaysofbloomsurfaceinsecondarycoolingarea对于二冷区传热的边界条件，通常采取综合对流换热系数进行描述。具体是将铸坯和辊子的接触传热折算到对流传热，从而得到综合对流换热系数。综合对

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