【摘要】：在連鑄過程中，特別是在進(jìn)行大尺寸、高級(jí)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(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致漏鋼事故，是阻礙連鑄生產(chǎn)順利進(jìn)行的主要問題，嚴(yán)重影響新型鋼種的連鑄技術(shù)研究與開發(fā)。特別是對(duì)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(shí)驗(yàn)測(cè)量?jī)x器，不能對(duì)其相應(yīng)鑄坯的高溫凝固過程進(jìn)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(xiàng)目合作對(duì)300mm厚的Q345D厚板坯在結(jié)晶器以及整個(gè)連鑄凝固過程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，并對(duì)450、600型軸承鋼超大圓坯連鑄過程進(jìn)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(diǎn)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(duì)于300mm厚的Q345D厚板坯，鐵素體含量、拉速及過熱度的提高都會(huì)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(dòng)，周期為100mm左右；并當(dāng)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(shí)，溫度差和厚度差波動(dòng)幅度在距彎月面425mm處最大。此條件下最易導(dǎo)致坯殼與結(jié)晶器之間產(chǎn)生氣隙缺陷，在實(shí)際生產(chǎn)過程中要尤為注意。而在整個(gè)連鑄凝固過程中，在保證安全坯殼厚度條件下，適當(dāng)提高拉速、降低過熱度、增加二冷區(qū)噴水量和二冷區(qū)長(zhǎng)度都可以促進(jìn)鑄坯凝固，提高生產(chǎn)效率。通過對(duì)鑄坯不同位置表面中心溫度的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù)比較，計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)吻合良好，誤差小于5％。而對(duì)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(zhǎng)度等工藝因素的變化對(duì)于600型超大圓坯的溫度分布及坯殼生長(zhǎng)情況影響更大。自制的高溫凝固相轉(zhuǎn)變研究裝置實(shí)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(duì)快速冷卻得到的組織進(jìn)行組織分析，可以實(shí)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(bǔ)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(gè)測(cè)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(duì)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(hào)連鑄機(jī)1.1.3 國(guó)外連鑄技術(shù)發(fā)展概況國(guó)外連鑄技術(shù)的發(fā)展可分為以下幾個(gè)階段[19]：第一階段(1840-1930)，1858 年在鋼鐵協(xié)會(huì)倫敦會(huì)議論文《模鑄不如連鑄》中，亨利 貝塞麥?zhǔn)状翁岢隽诉B鑄的思想。1887 年，德國(guó) 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(jī)相似的連鑄設(shè)備建議。第二階段(1940-1949)， 1943 年德國(guó) S.Junhgnas 在德國(guó)建立了第一臺(tái)澆鑄鋼液的試驗(yàn)連鑄機(jī)。其中振動(dòng)水冷結(jié)晶器、浸入式水口、結(jié)晶器保護(hù)劑等觀點(diǎn)奠定了現(xiàn)代連鑄機(jī)的基礎(chǔ)。1952 年英國(guó)巴羅（barrow）鋼廠首先將連鑄引入煉鋼領(lǐng)域，并通過使用德國(guó)的曼內(nèi)斯曼（ MannesmannAG）的直結(jié)晶器立式連鑄機(jī)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(gè)連鑄凝固過程中，可把連鑄機(jī)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(gè)冷卻區(qū)，其熱量傳輸?shù)姆绞街饕腥N方式分別為傳導(dǎo)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(dǎo)為主，液相區(qū)以傳導(dǎo)和對(duì)流為主。而各個(gè)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(biāo)準(zhǔn)。鑄坯坯殼的生長(zhǎng)快慢直接和傳熱影響，而當(dāng)鑄坯內(nèi)部坯殼收縮時(shí)熱應(yīng)力也會(huì)隨之產(chǎn)生，當(dāng)其較大時(shí)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(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TF777

【參考文獻(xiàn)】

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(jìn)展[J];中國(guó)冶金;2007年12期

3 李冬;;連鑄二冷區(qū)技術(shù)原理[J];中國(guó)儀器儀表;2010年S1期

4 邢淑清;白亮;麻永林;李慧琴;馮佃臣;;316不銹鋼板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)坯殼厚度模擬[J];鑄造技術(shù);2010年07期

5 介萬(wàn)奇;;凝固原理的前沿進(jìn)展及其應(yīng)用[J];中國(guó)材料進(jìn)展;2014年06期

本文編號(hào)：2651654