[發明專利]一種模擬連鑄坯二冷區凝固組織的方法

有效

• 申請號: 201610163552.3
• 申請日: 2016-03-19
• 公開（公告）號: CN105728683B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 危志強;朱玉員;梁星;程杰;劉震;全文;仲紅剛;徐智帥;翟啟杰
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B22D11/22
• 分類號: B22D11/22
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙)31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種基于控制液芯溫度和冷卻水流量，從而模擬連鑄坯二冷區凝固組織生長過程的方法，屬于金屬凝固技術領域。

背景技術

連續鑄鋼是把液態鋼水用連鑄機澆注、冷凝、切割而直接得到鑄坯的工藝。它是連接煉鋼和軋鋼的中間環節，連鑄生產的正常與否，不但影響到煉鋼生產任務的完成，而且也影響到軋材的質量和成材率。由于連鑄的凝固過程決定了鑄坯的組織結構與質量，因此對連鑄工藝參數的優化和控制，是減輕和消除連鑄坯質量缺陷，從而提高質量和產量的關鍵技術。在正常澆注過程中，二次冷卻控制是決定鑄坯內部組織和內部缺陷的關鍵，鑄坯在二冷區的冷卻直接影響到鑄坯產量和鑄坯質量。同時，二冷強度又與鑄坯缺陷密切相關，二冷區冷卻的不合理，會使鑄坯產生鼓肚、中心偏析、疏松和縮孔等缺陷，因此為獲得高質量的連鑄坯，需要對生產中的工藝進行改進優化。

連鑄坯不僅具有高溫、不透明等金屬凝固過程共有的特點，而且由于是大規模工業連續生產，使傾出法、熱分析法、直接觀察法和物理模擬法等目前比較成熟的實驗研究方法都遇到了困難。同時，在實際生產中金屬凝固是一個非平衡耗散過程，因此從理論上研究金屬凝固過程也是很困難的。

連鑄鋼坯凝固傳熱主要在厚度（徑向）及寬度方向進行，拉坯方向的凝固傳熱可以忽略不計。這種傳熱的方向性造成了鑄坯中絕大部分區域由側面向中心“順序凝固”而成。因此，在一維凝固傳熱假設的前提下，可將連鑄坯的凝固過程視為局域的單向凝固。基于以上認識，本發明選用連鑄板坯厚度方向的一個凝固單元作為模擬對象，再現該模擬單元的傳熱凝固過程，從而實現了對連鑄過程二冷區凝固組織生長過程的模擬。

發明內容

本發明的目的在于提出一種較為準確模擬連鑄二冷區凝固組織生長過程的方法，能夠較為準確模擬連鑄二冷過程中傳熱傳質過程，再現連鑄中金屬晶體生長過程，可用于預測連鑄坯凝固組織。

本發明將鋼樣放在外套二硅化鉬管的剛玉管內，利用高頻感應線圈加熱二硅化鉬管以及冷卻水噴嘴冷卻鋼樣端部，調節鋼樣芯部和端部溫度，使之與連鑄坯二冷區的芯部和表面溫度相一致，從而模擬連鑄坯二冷區的凝固組織生長過程。

一種連鑄坯二冷區凝固組織生長過程的模擬方法，其主要特征如下：

鋼樣芯部的熔化。將鋼樣5放置剛玉管4中。二硅化鉬管3外嵌于剛玉管4。二硅化鉬管外纏繞高頻感應線圈1。高頻感應線圈通電后，由于集膚效應加熱二硅化鉬管，進而加熱鋼樣，由于鋼樣為長圓柱型，芯部溫度將高于端部，最終鋼樣芯部熔化，端部仍為固態，與實際剛拉出結晶器連鑄坯二冷區相似。

芯部溫度的調控。通過調整高頻感應線圈功率使鋼樣芯部溫度與實際剛拉出結晶器連鑄坯二冷區芯部溫度一致。芯部放置的熱電偶2可實時得到芯部溫度數據，便于調節高頻感應線圈功率。

端部冷卻強度的調控。端部冷卻強度的調控由噴嘴6完成。通過噴嘴調節不同水流量控制冷卻強度。端部放置的熱電偶8可實時得到端部溫度數據，便于調節冷卻強度，使鋼樣端部溫度與實際剛拉出結晶器連鑄坯二冷區表面溫度一致。

保溫裝置。為了防止鋼樣熱量散失過快，在二硅化鉬管3外包裹了一層陶瓷纖維棉9。

水蒸氣處理。由于汽化作用，噴嘴處會有大量水蒸氣排出，通過排風口7可將水蒸氣排出。

附圖說明

圖 1為本發明基本原理示意圖

圖1中各數字代號表示如下：

1.高頻感應線圈 2.芯部熱電偶 3.二硅化鉬管 4.剛玉管 5.鋼樣 6.噴嘴7.排風口 8.端部熱電偶 9.陶瓷纖維棉。

具體實施方式：

現將本發明的具體實施例進一步說明如后。

實施例1

以雙相不銹鋼2005連鑄坯凝固過程模擬來說明金屬凝固過程實驗模擬方法。

具體步驟如下：

A. 通過數值模擬或者實際測量，獲取雙相不銹鋼2205的連鑄坯芯部和表面溫度。

B．用無水乙醇清洗剛玉管4和雙相不銹鋼鋼樣5并吹干，將鋼樣5盛放于剛玉管4內，將二硅化鉬管3套在剛玉管4上，將高頻感應線圈1纏繞于二硅化鉬管3外，二硅化鉬管3和高頻感應線圈1之間用陶瓷纖維棉9隔開，以利于溫度控制和保護線圈。在鋼樣端部固定好噴嘴6和排風口7，在芯部和端部固定好熱電偶2、8。

C．調節高頻感應線圈1功率直至芯部熱電偶2顯示為連鑄坯芯部溫度。

D．調節噴嘴冷卻水流量直至端部熱電偶8顯示為連鑄坯表面溫度。

E．保溫10分鐘，以使溫度場均勻。

F．高頻感應線圈1斷電，噴嘴按照設計的流量持續噴水噴嘴，直至雙相不銹鋼鋼樣5凝固完畢。

G．實驗完成后，待雙相不銹鋼鋼樣5溫降到室溫時，取出鋼樣。