随着连铸技术朝着近终形、高速度、高质量方向发展,对连铸坯的质量提出了更高的要求。作为表面裂纹和偏析形成的主要原因,连铸坯表面振痕缺陷也越来越受到关注。因此,弄清铸坯表面振痕形成的机理,进而减轻甚至消除铸坯表面振痕,具有重要的理论意义和现实意义。 本文的研究基于这样的学术思想:振痕是空间位置的波动,其形成与弯月面处力和热的波动相关,探究这些波动行为,将深刻揭示振痕的形成机理,控制这些波动,将有效抑制振痕。 本文的第一部分,提出了一种新的振痕形成机理,认为连铸过程中结晶器振动导致初始凝固坯壳的“温度波动”是铸坯表面振痕形成的一个重要原因。 通过小型连铸实验,在金属Sn的连铸过程中采用“热电偶序列依次通过初始凝固点”的方法,测量了结晶器振动对初始凝固点温度变化的影响。实验结果发现初始凝固点的温度存在着与结晶器振动相对应的周期性变化,多次实验表明在Sn的连铸中这一温度变化大致在4—11℃之间。基于这一实验现象,分析了这一温度变化形成的原因和它对连铸初始凝固过程的可能影响。 设计了连铸初始凝固点温度波动研究物理模拟实验装置,测量了在结晶器振动情况下连铸坯弯月面处温度。实验结果表明:结晶器振动频率越大,振动幅值越小,结晶器冷却强度越小,结晶器与铸坯间的接触压力越小,因结晶器振动而产生的初始凝固点的温度波动越小。 发展了一个具有周期性边界条件的初始凝固区域一维传热模型,来定量分析钢连铸过程中温度波动的规律。数学模拟的结果显示,在结晶器内侧存在温度波动的情况下,无论有无保护渣,在钢水内部每一点都存在着与表面温度波动频率一致的温度波动,但其幅值随深度的增加而下降;在无保护渣的情况下,表面温度波动在钢水中的渗透深度约为1～2mm:保护渣的存在对温度波动有很大的衰减作用,因而能提高铸坯表面的质量;另外,采用高频率小振幅的振动,降低保护渣导热率,增加保护渣道宽度,都能有效地减小温度波动对初始凝固坯壳的影响。这些结果与上述实验现象基本一致。 基于此“温度波动”现象,分析了包括结晶器高频小振幅振动、非正弦振动,热顶结晶器,软接触结晶器电磁连铸等诸多技术改善铸坯表面质量的机理。这些技术的共同之处在于减小了连铸坯初始凝固点的温度波动幅值,从而改善了铸坯