【摘要】：在連鑄過程中，特別是在進行大尺寸、高級別鋼種的連鑄過程中，鋼坯的表面經(jīng)常發(fā)生裂紋等缺陷，嚴重時會導致漏鋼事故，是阻礙連鑄生產(chǎn)順利進行的主要問題，嚴重影響新型鋼種的連鑄技術(shù)研究與開發(fā)。特別是對于較大尺寸、容易產(chǎn)生裂紋的厚板坯及超大圓坯，缺少相應(yīng)的理論研究及實驗測量儀器，不能對其相應(yīng)鑄坯的高溫凝固過程進行分析研究，以預(yù)防其鑄造缺陷的產(chǎn)生。 本文使用商業(yè)有限元軟件ANSYS，通過與武鋼項目合作對300mm厚的Q345D厚板坯在結(jié)晶器以及整個連鑄凝固過程進行了數(shù)值模擬研究，并對450、600型軸承鋼超大圓坯連鑄過程進行數(shù)值模擬研究，，結(jié)合Fe-C合金包晶反應(yīng)的凝固特點開發(fā)高溫凝固相轉(zhuǎn)變裝置，在較高的淬火冷速下保留鋼的高溫凝固組織，并獲得相應(yīng)鋼種的高溫凝固相轉(zhuǎn)變規(guī)律。 通過上述研究發(fā)現(xiàn)：對于300mm厚的Q345D厚板坯，鐵素體含量、拉速及過熱度的提高都會使坯殼沿結(jié)晶器高度方向的表面溫度和厚度在距彎月面180mm處呈現(xiàn)周期性波動，周期為100mm左右；并當拉速為1.0m/min、過熱度為40℃及包晶反應(yīng)中鐵素體轉(zhuǎn)變含量為100％時，溫度差和厚度差波動幅度在距彎月面425mm處最大。此條件下最易導致坯殼與結(jié)晶器之間產(chǎn)生氣隙缺陷，在實際生產(chǎn)過程中要尤為注意。而在整個連鑄凝固過程中，在保證安全坯殼厚度條件下，適當提高拉速、降低過熱度、增加二冷區(qū)噴水量和二冷區(qū)長度都可以促進鑄坯凝固，提高生產(chǎn)效率。通過對鑄坯不同位置表面中心溫度的現(xiàn)場數(shù)據(jù)與計算數(shù)據(jù)比較，計算結(jié)果和現(xiàn)場數(shù)據(jù)吻合良好，誤差小于5％。而對于450、600型軸承鋼的超大圓坯而言，拉坯速度、過熱度、二冷區(qū)水量和長度等工藝因素的變化對于600型超大圓坯的溫度分布及坯殼生長情況影響更大。自制的高溫凝固相轉(zhuǎn)變研究裝置實現(xiàn)了凝固過程溫度可控、冷速可控，并把冷至設(shè)定溫度的樣品在液氮或者冰鹽水中快速冷卻。通過對快速冷卻得到的組織進行組織分析，可以實現(xiàn)凝固過程組織的定量分析并最終獲得高溫凝固相轉(zhuǎn)變規(guī)律。 豐富并填補了較大尺寸、容易產(chǎn)生裂紋的厚板坯及超大圓坯研究領(lǐng)域空白，提供了一個測量鋼鐵材料凝固性能的裝置，極大地豐富了凝固理論的研究，對改善連鑄工藝、減少鑄坯裂紋產(chǎn)生以及控制和提高連鑄坯質(zhì)量有重要的意義。
【圖文】：

圖 1.1 各種型號連鑄機1.1.3 國外連鑄技術(shù)發(fā)展概況國外連鑄技術(shù)的發(fā)展可分為以下幾個階段[19]：第一階段(1840-1930)，1858 年在鋼鐵協(xié)會倫敦會議論文《模鑄不如連鑄》中，亨利 貝塞麥首次提出了連鑄的思想。1887 年，德國 RM.Daeeln 開發(fā)了結(jié)晶器、液態(tài)金屬注入、二次冷卻段、鑄坯切割裝置等設(shè)備，并提出了與現(xiàn)代連鑄機相似的連鑄設(shè)備建議。第二階段(1940-1949)， 1943 年德國 S.Junhgnas 在德國建立了第一臺澆鑄鋼液的試驗連鑄機。其中振動水冷結(jié)晶器、浸入式水口、結(jié)晶器保護劑等觀點奠定了現(xiàn)代連鑄機的基礎(chǔ)。1952 年英國巴羅（barrow）鋼廠首先將連鑄引入煉鋼領(lǐng)域，并通過使用德國的曼內(nèi)斯曼（ MannesmannAG）的直結(jié)晶器立式連鑄機開始工業(yè)化連鑄鑄鋼。第三階段(1950-1976)，1970 年大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)開始生產(chǎn)連鑄板坯，煉鋼技術(shù)

圖 1.2 連鑄工藝流程潛熱：由液相線溫度冷卻降至固相線溫度由鋼水釋放的熱量。顯熱：由固相線溫度冷卻降至環(huán)境溫度由鋼水釋放的熱量。由圖 1.2 在鑄坯整個連鑄凝固過程中，可把連鑄機鋼液的冷卻區(qū)域根固過程的冷卻位置劃分為[22]：結(jié)晶器一冷區(qū)（結(jié)晶器冷卻水）、二冷區(qū)（空冷區(qū)(空氣輻射)三個冷卻區(qū)，其熱量傳輸?shù)姆绞街饕腥N方式分別為傳導傳熱以及輻射傳熱，其中凝固鋼液的傳熱方式在固相區(qū)以傳導為主，液相區(qū)以傳導和對流為主。而各個冷卻位置的散熱分別為：結(jié)晶器占 16%冷區(qū)占 23%～28%，輻射區(qū)占 50%～60%[23]。而鑄坯坯殼的散熱速度決定凝固速度，是衡量連鑄坯凝固傳熱快慢的標準。鑄坯坯殼的生長快慢直接和傳熱影響，而當鑄坯內(nèi)部坯殼收縮時熱應(yīng)力也會隨之產(chǎn)生，當其較大時鑄坯的各種缺陷。1.2.2 結(jié)晶器內(nèi)鋼水凝固與熱量傳輸
【學位授予單位】：內(nèi)蒙古科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TF777

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 張成元;鄭林;;連鑄技術(shù)的發(fā)展與思考[J];江蘇冶金;2007年02期

2 高仲;張興中;姚書芳;;薄板坯表面縱裂研究進展[J];中國冶金;2007年12期

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5 介萬奇;;凝固原理的前沿進展及其應(yīng)用[J];中國材料進展;2014年06期

本文編號：2651654