連鑄坯初始凝固控制技術(shù)的發(fā)展.ppt

連鑄坯初始凝固控制技術(shù)的發(fā)展,主要內(nèi)容,結(jié)晶器內(nèi)初始凝固區(qū)鋼液的凝固行為連鑄初始凝固引起的鑄坯質(zhì)量問題連鑄坯初始凝固控制技術(shù)及原理結(jié)論,狹義的初始凝固控制區(qū)域就是指結(jié)晶器上部彎月面附近的區(qū)域，廣義是指結(jié)晶器上部區(qū)域。,1結(jié)晶器內(nèi)初始凝固區(qū)鋼液的凝固行為,1結(jié)晶器內(nèi)初始凝固區(qū)鋼液的凝固行為,在結(jié)晶器內(nèi)初始凝固區(qū)域，快速冷卻形成的薄凝固坯殼承受著保護(hù)渣動態(tài)壓力、鋼液靜壓力、鋼液表面張力、坯殼凝固收縮力、相變應(yīng)力、熱應(yīng)力、渣膜的剪應(yīng)力及鋼液流對凝固坯殼的沖刷力等作用。在這些力的綜合作用下，初始凝固坯殼可能產(chǎn)生變形，坯殼厚度均勻性可能較差，從而導(dǎo)致鑄坯產(chǎn)生各種表面缺陷。,2連鑄初始凝固引起的鑄坯質(zhì)量問題,連鑄坯的表面缺陷主要有以下幾種:深振痕、表面凹陷、裂紋、表面夾渣等。2.1連鑄坯的深振痕連鑄坯的振痕有凹陷形振痕、鉤形振痕兩種類型。,2連鑄初始凝固引起的鑄坯質(zhì)量問題,連鑄坯深振痕的危害：皮下晶粒粗大、表面橫裂的根源。,2連鑄初始凝固引起的鑄坯質(zhì)量問題,鉤狀振痕的形成機(jī)理,凹陷形振痕形成機(jī)理,2連鑄初始凝固引起的鑄坯質(zhì)量問題,振痕的形成原因可以歸結(jié)于渣膜內(nèi)壓力的變化；這種壓力波動值越大，產(chǎn)生振痕的深度就越深；,2連鑄初始凝固引起的鑄坯質(zhì)量問題,2.2連鑄坯的表面凹陷連鑄坯表面凹陷有：縱向凹陷、橫向凹陷缺陷之分。,包晶鋼方坯表面縱向凹陷缺陷,鑄坯角部的橫向凹陷缺陷,2連鑄初始凝固引起的鑄坯質(zhì)量問題,縱向凹陷的危害：導(dǎo)致鑄坯坯殼與結(jié)晶器內(nèi)壁之間產(chǎn)生氣隙，使得局部熱流密度降低。鑄坯表面產(chǎn)生縱裂，內(nèi)部產(chǎn)生角部裂紋。另外，在某些試樣檢測中還發(fā)現(xiàn)，黑或白的偏析帶。,2連鑄初始凝固引起的鑄坯質(zhì)量問題,（1）縱向凹陷形成機(jī)理,（2）橫向凹陷形成機(jī)理,2連鑄初始凝固引起的鑄坯質(zhì)量問題,2連鑄初始凝固引起的鑄坯質(zhì)量問題,2.3連鑄坯的表面裂紋表面縱裂是在結(jié)晶器彎月面區(qū)初生坯殼厚度不均勻，作用在坯殼上的拉應(yīng)力超過鋼的高溫允許強(qiáng)度和應(yīng)變，在坯殼的薄弱處產(chǎn)生應(yīng)力集中導(dǎo)致產(chǎn)生縱裂。,表面縱裂紋,消除表面縱向裂紋的一個有效途徑就是在彎月面區(qū)域采用低的熱流密度,2連鑄初始凝固引起的鑄坯質(zhì)量問題,表面橫裂有面部橫裂、近角部橫裂紋,減小振痕深度；抑制C-N化物和硫化物在晶界的析出，或使C-N化合物的質(zhì)點變相，以改善奧氏體晶粒熱延性,表面星形裂紋在鑄坯表面酸洗或拋丸之后，才會發(fā)現(xiàn)，深度可達(dá)5mm，沿奧氏體晶界分布。危害：加熱爐中起鱗后可以去除較淺的微裂紋，但較深的裂紋卻無法去除，導(dǎo)致在軋制過程中開裂產(chǎn)生嚴(yán)重的裂紋。,2連鑄初始凝固引起的鑄坯質(zhì)量問題,綜上所述：鑄坯表面或皮下缺陷的產(chǎn)生均起源于鑄坯的初始凝固階段。影響因素有：結(jié)晶器內(nèi)的冷卻條件；保護(hù)渣的物理屬性；結(jié)晶器振動條件；結(jié)晶器錐度量。因此控制初始凝固過程，改善鑄坯在初始凝固過程中的傳熱凝固特點、改善潤滑過程，可以有效的提高鑄坯質(zhì)量。,2連鑄初始凝固引起的鑄坯質(zhì)量問題,3連鑄坯初始凝固控制技術(shù)及原理,3.1結(jié)晶器非正弦振動技術(shù)早期的觀念認(rèn)為：結(jié)晶器振動所起的有益作用是通過對拉裂坯殼的“愈合”，愈合時間至少為0.3s?，F(xiàn)在的觀點認(rèn)為：不能取消結(jié)晶器的負(fù)滑動，結(jié)晶器的負(fù)滑動時間一般控制在0.1s左右。,保護(hù)渣消耗速率與振動模式的關(guān)系,3.1結(jié)晶器非正弦振動技術(shù),非正弦振動與磨擦阻力的關(guān)系,非正弦振動與振痕深度的關(guān)系,3.1結(jié)晶器非正弦振動技術(shù),3連鑄坯初始凝固控制技術(shù)及原理,3.2結(jié)晶器水平振動與垂直正弦振動控制技術(shù)該控制技術(shù)原理圖如下圖所示，水平振幅在0.01mm內(nèi)。,1-液壓缸；2-背板框架；3-窄面銅板；4-寬面銅板；5-；直線導(dǎo)軌；6-固定框架,在水平振動過程中采用了三種振動曲線：,3.2結(jié)晶器水平振動與垂直正弦振動控制技術(shù),水平振動對振痕深度的影響,3.2結(jié)晶器水平振動與垂直正弦振動控制技術(shù),水平振動對偏析和深度的影響,3.2結(jié)晶器水平振動與垂直正弦振動控制技術(shù),3.3高頻電磁場軟接觸連鑄技術(shù),3.3高頻電磁場軟接觸連鑄技術(shù)在初始凝固區(qū)域施加高頻磁場，頻率可高達(dá)20kHz，僅在結(jié)晶器內(nèi)金屬液表層中產(chǎn)生向熔池中心的擠壓力，使鑄坯表面與結(jié)晶器內(nèi)壁之間處于軟接觸狀態(tài)的連鑄技術(shù)。,1-結(jié)晶器壁；2-浸入式水口；3-保護(hù)渣；4-鋼液；5-凝固坯殼；6-電磁線圈,3.3高頻電磁場軟接觸連鑄技術(shù),3.3高頻電磁場軟接觸連鑄技術(shù),結(jié)晶器正弦振動與間歇式高頻磁場結(jié)合控制技術(shù),3.3高頻電磁場軟接觸連鑄技術(shù),連續(xù)磁場和間歇式磁場對鑄坯表面質(zhì)量的影響。,3.3高頻電磁場軟接觸連鑄技術(shù),3.3高頻電磁場軟接觸連鑄技術(shù),調(diào)幅磁場耦合結(jié)晶器振動技術(shù)可以更好地解決保護(hù)渣道動態(tài)壓力變化的問題，使初始凝固殼在結(jié)晶器振動的整個周期內(nèi)保持平衡，彎曲變形程度小，在取得相同鑄坯質(zhì)量的情況下還可以節(jié)約電力。,a-正弦波形；b-三角波形,3.4電磁振動控制技術(shù),3.4電磁振動控制技術(shù),1-上部線圈；2-下部線圈；3-結(jié)晶器；4-凝固坯殼；5-金屬液,3.5熱頂控制技術(shù),3.5熱頂控制技術(shù),1-不銹鋼插件；2-結(jié)晶器銅板；3-結(jié)晶器鍍層；4-金屬液；5-凝固坯殼,在熱頂區(qū)域，熱流密度減少了75%，振痕深度減小了30%，鑄坯表面質(zhì)量得到改善。,3.5弱冷結(jié)晶器控制技術(shù),3.5弱冷結(jié)晶器控制技術(shù),1-彎月面；2-凝固坯殼；3-鎳基718合金結(jié)晶器,結(jié)晶器材質(zhì)對熱流和結(jié)晶器壁溫度的影響,3.5弱冷結(jié)晶器控制技術(shù),采用弱冷結(jié)晶器的鑄坯皮下1.5mm枝晶臂距離及冷卻速率及裂紋指標(biāo)。,3.5弱冷結(jié)晶器控制技術(shù),3.5弱冷結(jié)晶器控制技術(shù),弱冷結(jié)晶器對鑄坯表面質(zhì)量和組織結(jié)構(gòu)的影響,3.6氣膜軟接觸連鑄技術(shù),氣膜軟接觸連鑄技術(shù)是鋁合金連鑄中改善鑄坯質(zhì)量的一種新技術(shù)。采用氣膜軟接觸連鑄技術(shù)有：結(jié)晶器內(nèi)冷卻速率低、冷卻強(qiáng)度均勻、潤滑性能好等優(yōu)點。,3.6氣膜軟接觸連鑄技術(shù),4結(jié)論,連鑄坯的表面質(zhì)量與結(jié)晶器內(nèi)初始凝固區(qū)域鋼液的凝固行為密切相關(guān)，減輕初始凝固坯殼的彎曲變形程度、提高鑄坯初始凝固坯殼厚度的均勻性是提高鑄坯表面質(zhì)量的關(guān)鍵。為減輕初始凝固坯殼彎曲變形程度，冶金工作者采用結(jié)晶器寬面銅板水平振動、電磁軟接觸連鑄等技術(shù)以降低結(jié)晶器內(nèi)