連鑄坯質(zhì)量控制與缺陷控制-展示頁
2025-03-02 11:29本頁面
【正文】 液界面的臨界高溫強度為 1~3 N/mm2，臨界塑性應(yīng)變?yōu)閪%。沿液相穴固 /液界面把熱量放出傳給外界。 ZSTZDT是裂紋敏感溫度區(qū)，是鑄坯產(chǎn)生內(nèi)裂紋的根源。鑄坯 500℃ 熱裝入爐節(jié)能 106 kJ/t，800℃ 熱裝，節(jié)能為 106 kJ/t；n 直接軋制工藝：直接軋制比鑄坯冷裝加熱軋制節(jié)能80~85％，大大縮短生產(chǎn)周期。連鑄坯（圓坯）質(zhì)量控制 蔡開科 秦 哲 孫彥輝北京科技大學(xué)冶金與生態(tài)工程學(xué)院目 錄（圓坯）凝固特點連鑄坯質(zhì)量概念：◆ 鑄坯潔凈度（夾雜物數(shù)量、類型、尺寸、分布）◆ 鑄坯表面質(zhì)量（表面裂紋、夾渣、氣孔）◆ 鑄坯內(nèi)部質(zhì)量（內(nèi)部裂紋、夾雜物，中心疏松、縮孔、偏析）◆ 鑄坯形狀缺陷（鼓肚、脫方、橢圓）缺陷的控制策略圖從生產(chǎn)流程來看，控制鑄坯質(zhì)量戰(zhàn)略原則：從冶金傳輸觀點，控制鑄坯質(zhì)量 ：傳輸現(xiàn)象與應(yīng)力應(yīng)變行為對鑄坯質(zhì)量的影響連鑄坯凝固成型過程化學(xué)方法傳輸行為應(yīng)力應(yīng)變流體流動溶質(zhì)分配凝 固熱量傳遞熱應(yīng)力應(yīng)變機械應(yīng)力應(yīng) 變外加場l鑄坯的潔凈度l夾雜物的上浮?鑄坯表面缺陷l表面縱裂紋l表面橫裂紋l表面夾渣l皮下氣泡l角部裂紋?鑄坯內(nèi)部缺陷l偏析l鑄坯內(nèi)裂紋l疏松?鑄坯形狀缺陷l聚變l鼓肚連鑄質(zhì)量控制方法（圓坯）凝固的基本特點（ 1）連鑄坯凝固過程實質(zhì)上是動態(tài)熱量傳遞過程鋼水從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w放出熱量：n 鋼水 → 固體 +Q放出熱量包括：n 過熱n 凝固潛熱n 物理顯熱 連鑄凝固過程示意圖以 20鋼為例，鋼水凝固冷卻到室溫放出熱量是：n 過熱 kJ/kgn 潛熱 328 kJ/kgn 顯熱 958 kJ/kgn 總熱量中大約 1/3從液體 → 固體放出，其余2/3是完全凝固后放出的 鋼水在連鑄機內(nèi)凝固是一個熱量釋放和傳遞的過程，鑄坯邊運行，邊放熱邊凝固，形成了很長的液相穴（ 10~20幾米），在液相穴長度上布置了三個冷卻區(qū)：n 一次冷卻區(qū)：鋼水在結(jié)晶器中形成足夠厚的均勻坯殼，以保證鑄坯出結(jié)晶器不拉漏n 二次冷卻區(qū)：噴水加速鑄坯內(nèi)部熱量的傳遞，使其完全凝固n 三次冷卻區(qū)：鑄坯向空氣中輻射傳熱使鑄坯溫度均勻化 以 20鋼為例，經(jīng)過鋼水凝固熱平衡計算，得出以下概念： 1） 鋼水從結(jié)晶器 → 二冷區(qū) → 輻射區(qū)大約有 40%熱量放出來，鑄坯才能完全凝固。這部分熱量放出的速度決定連鑄機生產(chǎn)率和鑄坯質(zhì)量； 2） 鑄坯切割后大約還有 60%熱量放出來，為了利用這部分熱量，以節(jié)約能源，成功開發(fā)了：n 鑄坯熱裝熱送工藝：鑄坯入加熱爐溫度越高，則節(jié)能越多。如薄板坯連鑄連軋工藝（ CSP 、 FTSC）（ 2）連鑄坯凝固是沿液相穴在凝固溫度內(nèi)把液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w的加工過程 由圖可知：216。內(nèi)部裂紋形成機理模式圖 帶液芯的鑄坯，以一個固定速度在連鑄機內(nèi)沿弧形軌道運動?？煽闯墒窃谀虦囟葏^(qū)間（ TLTs）把液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w加工過程。當(dāng)凝固坯在鑄機運行過程中，受到外部應(yīng)力作用（如熱應(yīng)力、鼓肚力、彎曲力、矯直力 …）超過了上述的臨界值，在鑄坯固 /液界面就產(chǎn)生裂紋 ,直到凝固殼能抵抗外力為止。 晶體周圍包圍的液體膜（ C=%， S=%） 板坯對角線內(nèi)裂圖 （ 3）連鑄機凝固是分階段的凝固過程 從結(jié)晶器彎月面 → 凝固終點的很長的液相穴上，鑄坯凝固分為三個階段：n 鋼水在結(jié)晶器形成初生坯殼n 在二冷區(qū)接受噴水冷卻，使坯殼穩(wěn)定生長n 液相穴末端的凝固坯殼加速生長由凝固定律求得 K值分別是（ mm/min1/2）： Ⅰ:20,Ⅱ:25,Ⅲ:27 ～ 30 由于鑄坯分階段凝固，故可以在結(jié)晶器、二冷區(qū)和凝固末端采用不同的技術(shù)措施來改善鑄坯質(zhì)量。（ 4）在連鑄機內(nèi)運行的已凝固坯殼的冷卻可看成是經(jīng)歷 “形變熱處理 ”過程 帶液芯坯殼在連鑄機運行過程中，坯殼承受：n 外力作用（如拉應(yīng)力、機械力、鼓肚力…）使坯殼發(fā)生變形n 坯殼溫度變化，發(fā)生了 δ→ γ→ α的反復(fù)相變，相當(dāng)于 “熱處理 ”，影響鑄坯質(zhì)量n 奧氏體晶界第二相質(zhì)點 AlN、 Nb（ CN）析出 上述幾個方面現(xiàn)象是相互聯(lián)系和相互制約的，只有深入認(rèn)識其規(guī)律性，才能在設(shè)備和工藝上制定正確的對策，使連鑄機達(dá)到生產(chǎn)效率高和鑄坯質(zhì)量好的目的。凝固坯殼收縮較均勻，鼓肚少有發(fā)生。直徑同方坯邊長相等的圓坯其表面積比方坯小 25%，其結(jié)晶器熱流強度要大些。s（ ~） 圓坯：結(jié)晶器熱流 50~60cal/cm2（ 3）拉速要高些 圓 坯直徑等于方坯 邊長 ， 則圓 坯比表面 積僅 是方坯的 75~80%， 在相同的工 藝 條件下，拉速可適當(dāng)提高些。圓坯直徑與拉速關(guān)系圖（ 4）圓坯結(jié)晶器流場。（ 5）二冷區(qū)冷卻均勻性更為重要o 圓周盡可能均勻冷卻，促進(jìn)坯殼均勻生長；o 最小的圓周表面溫度回升和熱循環(huán)，消除熱應(yīng)力；o 矯直時圓坯溫度應(yīng)大于 950℃ （鋼種）；o 非穩(wěn)定澆注時，保持合適的冷卻速度。SiO2 AlK鋼： Al2O Al2O3 Al2O3 、 CaO Al2O3 X n 二次氧化物AlK鋼： Al2O3Si AlK鋼： SiO2 Al2O3 （ SiO2+MnO ＞60%）n 凝固再生夾雜物凝固過程 Si、 Mn、 O、 S偏析作用形成氧化物和硫化物項 目 脫氧 產(chǎn) 物 二次氧化 產(chǎn) 物1 來源 內(nèi)生 夾雜 物 外來 夾雜 物2 平衡氧源 元素 溶解 [O]夾雜 物平衡?？諝庵械难蹩稍丛床粩喙?給鋼 水 進(jìn) 行氧化可把合金元素消耗殆盡。SiO 2 組 成復(fù) 雜 ，是多種氧化物復(fù)合 夾雜 物5 冷卻速度 冷卻速度越快，生成 夾雜 物越 細(xì) 小 影響不大6 鋼 中分布 細(xì) 小彌散分布 偶然性分布7 危害程
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