【摘要】：通常把邊長大于等于220mm(含圓坯、矩形坯)的方坯連鑄機叫做大方坯連鑄機。大方坯連鑄機生產(chǎn)鋼種特殊且斷面較大,在澆注過程中易出現(xiàn)中心疏松、中心偏析和內部裂紋等缺陷。為解決這一問題,新建的大方坯連鑄機都采用電磁攪拌、凝固末端壓下控制等技術。攀鋼2號大方坯連鑄機是國內自主設計研發(fā)的首臺動態(tài)輕壓下大方坯連鑄機,該鑄機是能夠鑄造國內最大斷面(360×450mm)的4流大方坯連鑄機,由于攀西地區(qū)釩鈦礦富蘊的特點,其生產(chǎn)鋼種合金鋼含量較高,易出現(xiàn)中心偏析和疏松。針對該問題開展攀鋼2號大方坯連鑄機動態(tài)輕壓下工藝及控制技術,以及動態(tài)重壓下工藝及控制技術,將該技術應用于連鑄壓下的實際生產(chǎn)中,證明該技術能夠有效提高連鑄壓的產(chǎn)品質量,優(yōu)化現(xiàn)有生產(chǎn)工藝,擴展該設備的產(chǎn)品類型和控制功能。本文從連鑄坯的工藝技術和質量要求入手,對鑄坯的壓下控制系統(tǒng)、控制設備特性進行了深入的分析。通過對大方坯壓下技術的研究和總結,并結合生產(chǎn)實際過程中的問題,提出針對性的解決方案,總結了系統(tǒng)開發(fā)和應用效果,從而為該技術的應用和擴展以及后續(xù)系統(tǒng)開發(fā)和實施提供了參考。
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TF341.6
【圖文】：

昆明理工大學碩士學位論文6當鑄坯發(fā)生鼓肚變形時，容易引起凝固末端液相穴內含富集溶質元素的鋼液流動，從而形成中心偏析。然而，坯料的凝固端具有窄的液體尖端，并且樹枝狀“橋”阻礙鋼水形成“小鋼錠”結構，從而周期性地和間歇地發(fā)生偏析和收縮。中心松動是在板坯中心凝固端的樹枝狀結構之間產(chǎn)生的微小間隙[22]。中心偏析和孔隙度通常相互關聯(lián)，如圖1.2所示，典型的中心偏析和凝固過程中的中心孔隙度。圖1.2連鑄坯凝固工藝過程示意圖Fig.1.2Schematicdiagramofsolidificationprocessofcontinuouscastingbillet從圖1.2，在鑄坯凝固末端產(chǎn)生了中心偏析與疏松，從而降低了連鑄坯的質量和鋼的韌性和耐蝕性，這嚴重影響了鋼的各方面的性能。如圖1.3所示為工業(yè)生產(chǎn)中常見的中心偏析與中心疏松。圖1.3鑄坯的中心偏析與疏松Fig.1.3Centersegregationandcenterporosityofslab針對這一鑄坯凝固特性，在鑄坯的某一固化區(qū)域中施加適量的還原，以補償殼體的凝固收縮并防止殘余鋼水的側向流動，并進一步減少富含溶質的鋼水中的方向。液芯與坯料的方向相反流動允許溶質元素在鋼水中重新分布，以改善中心偏析[23][24]。1.3論文主要的研究內容連鑄壓下技術是消除板坯中心偏析和松動的有效手段。本論文對重壓下工藝和輕壓下工藝進行了詳細介紹和分析，著重分析了其模型的建立和控制系統(tǒng)的設柱狀晶生長樹枝晶生長等軸晶凝固兩相區(qū)兩相區(qū)中鋼液的滲透V偏析形成中心偏析中心疏松形成凝固結束

昆明理工大學碩士學位論文8第二章大方坯連鑄壓下技術的概述2.1引言在鑄坯的凝固過程的時候一定會產(chǎn)生晶間液相區(qū)溶質元素的富集現(xiàn)象，這是因為鋼液的選分結晶特性所引起的。也在同樣情況下，富集溶質連續(xù)不斷的向著鑄坯的中心附近進行不斷地補充，由此形成了中心偏析的現(xiàn)象（換言之：溶質的含量在中心位置的時候比較高一些、而在周圍分布時較低一些）。對連鑄方坯而言，由于枝晶間會出現(xiàn)“搭橋”現(xiàn)象，這種現(xiàn)場的出現(xiàn)會導致中心疏松或殘余縮孔的產(chǎn)生，同時會出現(xiàn)上部鋼液補充下部鋼液被阻斷的現(xiàn)象，也不可避免的出現(xiàn)中心偏析[22][23]。針對鑄坯凝固這一特性，為了防止兩種現(xiàn)象的出現(xiàn)，即坯殼的凝固收縮以及殘余鋼液的橫向流動，因此需要在已經(jīng)凝固的某一個區(qū)域內施加一定的壓下量來補償坯殼，作為輕壓下技術的基本思想。其作用主要有：①在這種壓下的作用之下能夠使得液芯中溶質元素富集的鋼液可以沿拉坯方向的反方向流動，這就導致了溶質的元素可以在鋼液中能夠進行重新的分配，這樣有利于減少中心偏析的產(chǎn)生。②同樣，在壓下的作用下，能夠直接消除鑄坯內部空隙，這是鑄坯收縮造成的，這有效的阻止了晶間的鋼液向鑄坯橫向流動[25][26][27]。目前的壓下技術就壓力來源可分為兩類。第一類是很少運用的，且其用法部分和剛體行業(yè)節(jié)能減排的思想的方法，即熱應力模式。這種方法使用在大斷面、表面裂紋敏感的鋼種效果非常差。它是采用鑄坯的強冷技術，使凝固的坯殼能夠向內部收縮，這就能夠產(chǎn)生與機械力壓下相似的作用；第二類是機械應力模式，即采用機械壓下的方法來補償鑄坯收縮（如下圖2.1所示）[28][29]。圖2.1連鑄坯凝固末端輕壓下示意圖Fig.2.1Schematicillustrationofsoftreductionatthefinalstageofstrandsolidification

昆明理工大學碩士學位論文16而實際上，鑄坯在結晶器內冷卻凝固時，鑄坯已凝固坯殼和結晶器之間會產(chǎn)生氣隙，增加坯殼和結晶器之間的熱阻，致使熱流密度大大減弱，坯殼的生長速度減弱。因此，本文采用瞬態(tài)熱流密度對結晶器的邊界條件進行處理分析。Savage和Pritchard經(jīng)過多年的研究，得出了這樣一個結論：結晶器內的傳熱是拉速和鑄坯所處位置到彎月面距離的函數(shù)，結晶器中瞬態(tài)熱流密度可以通過以下公式進行分析：q=ABt=ABz/v····························(3.10)其中，A=2.675，()=1.52.680/mBqzv。上述各式中，t表示時間，min；z指鑄坯所處位置到彎月面的距離，m；zm指結晶器的高度，m；v指拉速，m/min；q指平均的熱流密度，可由式(3.9)得到。(2)二冷區(qū)在二冷區(qū)內，鑄坯中心處的鋼液熱量傳導至鑄坯的表面，在鑄坯的表面位置處通過與噴霧水滴換熱，達到冷卻的目的。此過程使得表面溫度下降，而鑄坯中心處的溫度還比較高。這樣的話，鑄坯的表面和鑄坯的中心處存在著較大的溫變量，即為鑄坯傳熱的動力所在。如圖3.3所示，二冷區(qū)鑄坯表面熱量的傳遞方式及所占比例為：鑄坯表面向周圍的輻射占25%，噴霧水滴蒸發(fā)占33%，噴淋水滴浸漬占25%，輥子與鑄坯接觸傳導占17%[39]。圖3.3二冷區(qū)鑄坯表面?zhèn)鳠岱绞绞疽鈭DFig3.3Schematicdiagramofheatconductionwaysofbloomsurfaceinsecondarycoolingarea對于二冷區(qū)傳熱的邊界條件，通常采取綜合對流換熱系數(shù)進行描述。具體是將鑄坯和輥子的接觸傳熱折算到對流傳熱，從而得到綜合對流換熱系數(shù)。綜合對

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