【摘要】：連鑄生產(chǎn)過程中結(jié)晶器的固有振動使得鑄坯表面形成周期性的振痕,其中還經(jīng)常伴有夾渣、微裂紋和偏析等缺陷。因此,在連鑄坯軋制之前需要進行表面清理,以保證軋材的質(zhì)量。特別是對于高附加值鋼種、特殊鋼等必須進行表面磨削清理,不僅阻礙連鑄連軋工藝的順行,而且造成大量的能耗和金屬損失。因此,研究和開發(fā)抑制連鑄坯表面振痕形成的技術是現(xiàn)代連鑄面臨的一個重大課題和挑戰(zhàn)。本文首先開展了基于連鑄彎月面附加熱力行為的振痕控制技術研究,提出了一種控制連鑄坯振痕的新方法,即結(jié)晶器彎月面熱障涂層法(Thermal barrier coatingabove mold meniscus,TBCMM)。通過結(jié)晶器一維傳熱的模擬實驗,低熔點Sn-12.5%Pb合金的浸鑄實驗、彎月面附加熱阻的傳熱分析以及外壁熱障涂層結(jié)晶器的低碳鋼連鑄拉坯實驗,系統(tǒng)地研究了結(jié)晶器彎月面熱障涂層抑制振痕形成的方法和理論。研究結(jié)果表明:(1)TBCMM通過與保護渣的界面作用,可增加結(jié)晶器的界面?zhèn)鳠釤嶙柽_15%-50%,從而有效地減弱了結(jié)晶器壁面對初始凝固坯殼的激冷作用,可有效抑制連鑄坯表面振痕的形成。(2)低熔點Sn-12.5%Pb合金的浸鑄實驗結(jié)果表明,TBCMM使得結(jié)晶器彎月面的溫度波動和熱流突變的幅值降低50%,浸鑄試樣的表面振痕基本消失。(3)建立了結(jié)晶器振動條件下彎月面附加熱阻的傳熱數(shù)學模型,模擬研究了結(jié)晶器彎月面處的溫度和熱流波動現(xiàn)象,揭示了 TBCMM振痕控制技術的作用機理。(4)采用TBCMM方法的外壁熱障涂層結(jié)晶器的低碳鋼中試連鑄拉坯實驗制備出表面基本無振痕的連鑄坯。其次,本文開展了基于彎月面保護渣渣道壓力變化的振痕控制技術研究,通過結(jié)晶器彎月面附加外場力對彎月面形狀和保護渣渣道壓力變化的理論分析,以及電磁軟接觸連鑄對彎月面初生坯殼的感應加熱作用(焦耳熱)的模擬,闡述了電磁軟接觸連鑄抑制振痕形成的機理;并在實驗室開展了 Φ 100mm 圓坯不銹鋼連鑄軟接觸中試實驗,證實了不銹鋼電磁軟接觸連鑄對振痕的抑制作用,進而開展了不銹鋼電磁軟接觸連鑄的工業(yè)生產(chǎn)實驗研究。研究結(jié)果表明:(1)彎月面無外場力作用(常規(guī)連鑄)和有外場力作用條件下的保護渣渣道最大壓力分別為80kPa和5kPa左右,充分說明了彎月面附加外場力可大幅度降低保護渣渣道內(nèi)的壓力,從而降低在結(jié)晶器負滑脫期間對初生坯殼的彎曲變形作用,有助于抑制鑄坯表面振痕的形成。(2)高頻電磁場作用下初生坯殼的感應焦耳熱模擬表明,電磁軟接觸連鑄兼具彎月面附加外場力和附加熱的雙重作用,相比熱障涂層結(jié)晶器對鑄坯振痕具有更佳的的控制優(yōu)勢。(3)Φ10Omm不銹鋼圓坯電磁軟接觸連鑄中試實驗制備出表面無振痕的連鑄坯,證實了不銹鋼電磁軟接觸連鑄技術對振痕的抑制作用。(4)針對某Φ182mm圓坯連鑄生產(chǎn)線,開發(fā)了圓坯不銹鋼軟接觸電磁連鑄成套系統(tǒng),并成功地開展了工業(yè)生產(chǎn)實驗。在額定頻率20kHz、電源功率為120～150kW條件下制備出表面無振痕的不銹鋼連鑄圓坯。(5)針對某160mm×160mm方坯連鑄生產(chǎn)線,開發(fā)了一套工業(yè)應用的方坯不銹鋼軟接觸電磁連鑄系統(tǒng),并成功實現(xiàn)了多鋼種連澆生產(chǎn)。在額定頻率20kHz、電源功率150kW條件下制備出表面無振痕的不銹鋼連鑄方坯。不銹鋼軟接觸電磁連鑄方坯可實現(xiàn)免修磨直接軋制線材,使線材成品的綜合成材率提高3%以上。
【圖文】：

Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｔｈｅ邋ａｐｐｅａｒａｎｃｅ邋ｏｆ邋ｃａｓｔｉｎｇ邋ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ邋ｍａｒｋｓ逡逑（ａ）碳鋼圓還；（ｂ）不鎊鋼圓還；（ｃ）不銹鋼方還；（ｄ）不銹鋼板還逡逑１．２．邋１振痕的周期性間距逡逑連鑄坯表面振痕的周期性間距可由經(jīng)驗公式（１．１）計算給出［１＇式中，逡逑ｖｃ為連鑄拉速，ｍｍ／ｓ，／為結(jié)晶器振動振頻，Ｈｚ。逡逑Ｐｏｍ邋＝邋￣Ｊ：邐Ｃ１＇１）逡逑Ｅ邋１．０，邐逡逑■Ｂ邐ｆ＝３．３Ｈｚ，邋ｖｃ＝５０ｍｍ／ｓ逡逑ｇ＊邋０．５邋－邐ｃ逡逑１。＿。卜逡逑５逡逑００邋0邋邐邐邐邋邐邐邐邐邋．邋邐邐邐邐邋．邋，，邐邐邋，邐邐邐邐逡逑0■邋０邐１０邐２０邐３０邐４０邐５０邐６０邐７０邐８０邐９０邐１００邋１１０邋１２０逡逑Ｍｅａｓｕｒｅｄ邋ｂｉｌｌｅｔ邋ｌｅｎｇｔｈ，ｍｍ逡逑

圖丨．４兩種典型的振痕形態(tài)逡逑Ｆｉｇ．邋１．４邋Ｔｗｏ邋ｋｉｎｄｓ邋ｏｆ邋ｔｙｐｉｃａｌ邋ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ邋ｍａｒｋｓ逡逑圖１．５為Ｔａｋｅｕｃｈｉ等通過光學顯微鏡觀察到的兩種振痕類型形貌。Ｓｅｎｇｕｐｔａ逡逑等［９，３５，３６］和Ｌｅｅ等［３７，３８］通過金相分析著重研宄了鉤狀振痕的形貌及連鑄坯不同位逡逑置的振痕形狀的改變，如圖１．６和圖１．７所示。逡逑灥W逡逑圖１．５Ｔａｋｅｕｃｈｉ等觀察的兩種典型的振痕類型逡逑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邐ｃ．ａｓ—出陽N逡逑邐Ｏｕｔｌｉｎｅ邋ｏｆ邋ｆｒａｃｔｕｒｅｄ逡逑’邐ｂｏｏｋ邋ｔｉｐ邋（ｅｓｔｉｍａｔｅｄ）逡逑圖１．６Ｓｅｎｇｕｐｔａ等觀察的鉤狀振痕逡逑Ｆｉｇ．邋１．６邋Ａｐｐｅａｒａｎｃｅ邋ｏｆ邋ｈｏｏｋ邋ｏｂｓｅｒｖｅｄ邋ｂｙ邋Ｓｅｎｇｕｐ
【學位授予單位】：東北大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TF777

【參考文獻】

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本文編號：2670445