| 连铸坯振痕的形成机理及电磁控制技术 |
http://www.yn56.com 2007-12-8 9:10:00 采编:zhangfeng |
生产实践表明，减少结晶器内弯月面处热流导出，初始凝固坯壳变薄，有利于减轻振痕。基于这一原则，对结晶器的材质和结构相应地做一些改变，比如增加弯月面处结晶器铜壁厚度、在结晶器铜板冷面附加凹槽引导冷却水流向、采用导热系数较小的铜基合金、结晶器内壁镀膜以增加热阻，甚至还有在结晶器内弯月面处安插绝热板或者在结晶器上部安装热顶等等。 从弯月面部分凝固的保护渣作用机理的角度看，弯月面区域传热减弱会带来两个方面的影响：有利的一方面是，弯月面部分凝固的程度减弱，使形成勾状振痕的勾状组织变浅。同时，当导热很弱时，甚至可能完全杜绝弯月面的凝固，没有形成勾状振痕的条件。不利的一方面是使初始凝固壳变薄，在相同的保护渣道压力作用下更容易变形，导致皱折型振痕的形成。因此这些措施改善振痕的原因不能完全由弯月面部分凝固的保护渣作用机理来解释。 从结晶器变形的角度看，当弯月面区域导热减弱时，结晶器纵向温度分布相对均匀，温差变小，所以结晶器变形小，对初始凝固坯壳的作用也相应变小，有利于减轻铸坯表面振痕的形成。从二次弯月面的角度来看，在这种情况下，弯月面凝壳因热量导出慢变薄，也有利于减轻振痕。当弯月面处冷却强度减弱时，钢水和保护渣温度相对较高，他们之间界面张力变小，弯月面高度变小，从弯月面表面张力的角度来讲也有利于减轻振痕的形成。 3 选用不同性能的保护渣 在连铸过程中，只有两种物质同初始凝固坯壳直接接触并对其凝固进程产生影响，一是结晶器内壁，一是保护渣。显然，为了控制铸坯表面振痕首先想到的就是从这两个方面着手。改善结晶器的振动方式和结晶器本身材质就是基于这样的考虑。同样，通过选择不同性能的保护渣，也能在一定程度上控制铸坯表面振痕的形成。 在保护渣的诸多理化性能中，其熔化性能，粘度和结晶性能被认为是最关键的三个参数，其中粘度对铸坯表面的振痕形成影响最为直接。根据Brimacombe 保护渣道压力作用于初生坯壳的振痕形成理论，当保护渣的粘度变大时，保护渣道内因结晶器振动产生的压力也会变大，振痕应该变深。但研究表明，在相同的连铸条件下，保护渣在1300℃粘度η1300高时，振痕浅。这是保护渣作用模型解释生产实践时遇到的一个主要困难。在生产实践种中发现，随粘度的增加保护渣的耗用量减少，同时保护渣的流动性变得不好，使得保护渣道的宽度相对变宽，反而降低了保护渣道的压力，使振痕减轻。从传热的角度看，保护渣粘度增加，其传热能力减弱，这与前面分析的改变结晶器材质的效果是一样的。同样，从振痕形成的机理上讲，保护渣粘度增加振痕减轻，可以利用结晶器弯月面处机械变形，二次弯月面等理论得到比较好的解释。 4 软接触结晶器电磁连铸技术 但多年的研究表明，要完全消除振痕，仅通过连铸系统自身参数的调节是难以做到的，必须施加外力建立新的力平衡。在前苏联的Getseleev等人开发出铝的无模电磁连铸技术之后，电磁力以其超距无接触、清洁的特性，迅速引起学术和冶金界的兴趣。针对钢连铸的特性，从90年代起逐渐开发出软接触结晶器技术，并在磁场分布特性、结晶器结构、连铸工艺等方面进行了广泛的研究，取得了减轻振痕的良好效果。 在软接触结晶器电磁连铸技术发展的早期，结晶器外施加的磁场通常采用的都是振幅恒定的交变磁场，因而作用在结晶器内金属液的电磁力也是稳定的。但连铸过程是一个动态的过程，特别是在结晶器振动的情况下，动态过程变得更为明显且呈周期性。因此有研究者对其它形式的电磁场作用下的连铸过程进行了探索，如间断磁场，准正弦波磁场，半三角波磁场以及复合磁场（高频磁场+旋转磁场，交变磁场+静磁场等）。基于间断磁场概念的延伸和推广，人们又提出了“调幅磁场”的新的磁场施加形式，其特点是磁场的幅值按照某种函数关系随时间变化，这相当于在一高频磁场上（称为载波）附加一频率较低的周期性调幅波（称为调制波）。基于调幅磁场的思想，提出了两项比较有代表性的电磁连铸新技术。 ● 调幅磁场耦合结晶器振动电磁连铸技术研究 基于对电磁场作用下保护渣道动态压力的理解，提出了一种调幅磁场耦合结晶器振动的电磁连铸技术，基本思路是：在电磁连铸中，通过利用调幅磁场电磁力的变化特性，用电磁力来抵消结晶器振动一个周期内保护渣道内的动态压力。即在保护渣道内压力为正压，初始凝固坯壳被推离结晶 (续) |
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