连铸结晶器振动与铸坯表面质量.ppt

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1、连铸结晶器振动与铸坯表面质量蔡开科秦哲孙彦辉2010.6目录1.结晶器振动概述2.铸坯表面振痕形成3.铸坯表面振痕形貌特征4.铸坯表面振痕对产品质量的影响5.铸坯表面横裂纹形成机理6.影响铸坯表面振痕形成原因7.减轻铸坯表面振痕措施1.结晶器振动概述(1)结晶器的作用保证沿结晶器周边坯壳均匀生长，形成规定的铸坯形状；在尽可能高的拉速下，形成足够的坯壳厚度，保证出结晶器不漏钢；促进结晶器内钢水→渣相→坯壳→铜板之间的相互均衡发展，保证有良好的铸坯表面质量；前两点是决定了连铸机生产率，而后者决定了铸坯表面质量。(2

2、)结晶器振动作用防止凝固壳与铜板粘结而拉裂漏钢；有利于钢液面液渣渗漏到坯壳与铜板间形成液渣膜起润滑作用，改善铸坯表面质量；(3)结晶器振动模式结晶器振动模式是指振动速度随时间变化规律，可分为三种：①矩形速度规律如图1中1所示其特点：结晶器下降时与拉速同步运动，以三倍速度上升，有利脱模。结晶器上升和下降转折点速度有很大突变，振动机构产生强烈冲击。图1矩形及梯形速度规律曲线1-矩形速度规律2-梯形速度规律②梯形速度规律如图1中2所示其特点：有负滑脱运动，坯壳中产生压应力，有利于断裂处焊合和脱模。结晶器上升和下降转折

3、点速度变化较缓和，提高振动机构较平稳。图1矩形及梯形速度规律曲线1-矩形速度规律2-梯形速度规律③正弦速度规律如图2所示，正弦速度规律特点：结晶器与坯壳间有负滑脱运动，有利于坯壳愈合和脱模。加速度曲线变化缓和，结晶器振动平稳。加速度较小，可以采用高频振动，有利于消除粘结和脱模。正弦振动是用偏心机构实现，比用凸轮机构优越，加工制造容易，润滑方便，运动精度高。图2正弦及非正弦速度曲线④非正弦速度规律如图2所示其特点：负滑脱时间短，有利于减轻铸坯表面振痕深度。正脱模时间较长，可增加保护渣消耗，有利于结晶器润滑，减小结

4、晶器施加在坯壳上的摩擦力，防止拉裂。负滑脱作用强，脱模和坯壳拉裂愈合好，有利于提高拉速。图2正弦及非正弦速度曲线振动频率f0—400/min振幅或振动行程h=vc/f（±3～±5mm）振动波形（正弦、非正弦）负滑脱时间tN。正脱模时间TPα波形偏斜率≤40%,vc拉速m/min（4）描述结晶器振动的基本参数2.铸坯表面振痕的形成初生坯壳断裂愈合。二次弯月面接触焊合。初生坯壳弯曲折叠。弯月面初生坯壳破裂溢流冷凝。铸坯表面振痕形成机理：结晶器向上运动速度大于拉速处于正滑脱期间，坯壳与结晶器间速度差最大，把气隙中的液

5、渣挤出到弯月面渣层中，渣圈突出渣层（由1状态→2状态）。结晶器向下运动速度大于铸坯拉速处于负滑脱期间，液渣被泵入到坯壳与结晶器壁缝隙中起润滑作用，渣圈压力迫使弯月面坯壳向内弯曲形成振痕（由3状态→4状态）。渣圈挤压力消失钢水静压力又把弯月面初生坯壳边缘推向渣圈（5状态）。这种相互运动一直持续到振动周期的结束，从而形成铸坯表面的振痕。图3铸坯振痕形成示意图振痕形成过程：由此可知:在负滑脱期间，弯月面初生坯壳受结晶器压力和渣圈的挤压向钢液侧弯曲；在正滑脱期间，初生坯壳受钢水静压力作用又贴向铜壁，钢水溢流到凝固壳前端

6、凝而形成振痕。增加正滑脱时间，减少负滑脱时间，可使弯月面初生坯壳被均匀贴向铜壁，振痕变浅。3.铸坯表面振痕形貌特征3.1板坯表面横裂纹宏观形貌横裂纹位于铸坯宽面和窄面的任一位置，横裂纹特征：位于板坯表面，被氧化铁膜覆盖，酸洗后才能显露。横裂纹与振痕共生，且常位于振痕波谷处。裂纹深浅不一，有长有短，裂纹深度大于2mm，可能遗传到中厚板成为表面缺陷的来源。(a)（b）图4.板坯表面横裂纹形貌（c）3.2板坯横裂纹的微观形貌(1)原始板坯横裂纹处取试样，经表面处理后直接在扫描电镜下观察。(a)原始形貌(b)横裂纹放大

7、（c）裂纹局部放大图5表面横裂纹微观形貌（d）晶界白色线各点的探伤分析通过观察和探针分析知：①横裂纹实质上是沿晶界分布的，裂纹处晶粒粗大；②晶界周围有白色线条包围，裂纹是沿晶界产生和扩展的；③晶界含有V、Cu、As、Ni、Cr、Si、Ca、Mn等元素，还发现有Na、K元素；④晶界含有Cu、As偏聚元素和VN、AlN等第二相质点析出物导致晶界脆化而产生裂纹；⑤裂纹里含Na、K保护渣元素，说明结晶器弯月面有保护渣挤入振痕所致；⑥裂纹位于振痕的波谷区。（2）次表面裂纹分析实测板坯表面振痕间距平均为5.5mm，振痕深度

8、0.5～0.8mm，在窄面靠近内弧的振痕谷底部有可见裂纹。把内弧宽面刨掉3mm，发现窄面深振痕处横裂延伸到宽面，长度为10～27mm，在窄面振痕横裂纹处刨掉3mm后在宽面也发现了横裂纹长度为2～8mm。也就是说宽面与窄面横裂纹相对应，但宽面上横裂纹延伸比窄面更长些（图6）。(a)板坯窄面(b)板坯宽面图6板坯表面横裂纹形貌（刨掉3㎜）对皮下3mm裂纹开口处探针分析表明：①裂纹里有球状夹