CN105728683B - 一种模拟连铸坯二冷区凝固组织的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种模拟连铸坯二冷区凝固组织的方法。该方法的特征在于：模拟连铸坯凝固组织的钢样插在氧化铝刚玉管中，钢样的中部在高频感应线圈加热下熔化，钢样长度为所模拟的连铸坯的厚度；通过热电偶实时测温和改变高频感应线圈功率来调节钢样芯部温度与实际连铸坯一致；通过热电偶实时测温与改变钢样两端的喷嘴的冷却水流量来调节钢样端部温度与实际连铸坯表面一致，从而模拟连铸坯二冷区的凝固组织生长过程。本发明所提供的方法，利用小尺寸钢样再现连铸坯二冷区的凝固过程，可以研究二冷区冷却制度对铸坯凝固组织的影响。钢样形状可以为长方体或圆柱体，长度为所模拟连铸坯的厚度，截面面积范围包括但不限于2 cm2‑100cm2。

Description

一种模拟连铸坯二冷区凝固组织的方法
技术领域
本发明涉及一种基于控制液芯温度和冷却水流量，从而模拟连铸坯二冷区凝固组织生长过程的方法，属于金属凝固技术领域。
背景技术
连续铸钢是把液态钢水用连铸机浇注、冷凝、切割而直接得到铸坯的工艺。它是连接炼钢和轧钢的中间环节，连铸生产的正常与否，不但影响到炼钢生产任务的完成，而且也影响到轧材的质量和成材率。由于连铸的凝固过程决定了铸坯的组织结构与质量，因此对连铸工艺参数的优化和控制，是减轻和消除连铸坯质量缺陷，从而提高质量和产量的关键技术。在正常浇注过程中，二次冷却控制是决定铸坯内部组织和内部缺陷的关键，铸坯在二冷区的冷却直接影响到铸坯产量和铸坯质量。同时，二冷强度又与铸坯缺陷密切相关，二冷区冷却的不合理，会使铸坯产生鼓肚、中心偏析、疏松和缩孔等缺陷，因此为获得高质量的连铸坯，需要对生产中的工艺进行改进优化。
连铸坯不仅具有高温、不透明等金属凝固过程共有的特点，而且由于是大规模工业连续生产，使倾出法、热分析法、直接观察法和物理模拟法等目前比较成熟的实验研究方法都遇到了困难。同时，在实际生产中金属凝固是一个非平衡耗散过程，因此从理论上研究金属凝固过程也是很困难的。
连铸钢坯凝固传热主要在厚度（径向）及宽度方向进行，拉坯方向的凝固传热可以忽略不计。这种传热的方向性造成了铸坯中绝大部分区域由侧面向中心“顺序凝固”而成。因此，在一维凝固传热假设的前提下，可将连铸坯的凝固过程视为局域的单向凝固。基于以上认识，本发明选用连铸板坯厚度方向的一个凝固单元作为模拟对象，再现该模拟单元的传热凝固过程，从而实现了对连铸过程二冷区凝固组织生长过程的模拟。
发明内容
本发明的目的在于提出一种较为准确模拟连铸二冷区凝固组织生长过程的方法，能够较为准确模拟连铸二冷过程中传热传质过程，再现连铸中金属晶体生长过程，可用于预测连铸坯凝固组织。
本发明将钢样放在外套二硅化钼管的刚玉管内，利用高频感应线圈加热二硅化钼管以及冷却水喷嘴冷却钢样端部，调节钢样芯部和端部温度，使之与连铸坯二冷区的芯部和表面温度相一致，从而模拟连铸坯二冷区的凝固组织生长过程。
一种连铸坯二冷区凝固组织生长过程的模拟方法，其主要特征如下：
钢样芯部的熔化。将钢样5放置刚玉管4中。二硅化钼管3外嵌于刚玉管4。二硅化钼管外缠绕高频感应线圈1。高频感应线圈通电后，由于集肤效应加热二硅化钼管，进而加热钢样，由于钢样为长圆柱型，芯部温度将高于端部，最终钢样芯部熔化，端部仍为固态，与实际刚拉出结晶器连铸坯二冷区相似。
芯部温度的调控。通过调整高频感应线圈功率使钢样芯部温度与实际刚拉出结晶器连铸坯二冷区芯部温度一致。芯部放置的热电偶2可实时得到芯部温度数据，便于调节高频感应线圈功率。
端部冷却强度的调控。端部冷却强度的调控由喷嘴6完成。通过喷嘴调节不同水流量控制冷却强度。端部放置的热电偶8可实时得到端部温度数据，便于调节冷却强度，使钢样端部温度与实际刚拉出结晶器连铸坯二冷区表面温度一致。
保温装置。为了防止钢样热量散失过快，在二硅化钼管3外包裹了一层陶瓷纤维棉9。
水蒸气处理。由于汽化作用，喷嘴处会有大量水蒸气排出，通过排风口7可将水蒸气排出。
附图说明
图 1为本发明基本原理示意图
图1中各数字代号表示如下：
1.高频感应线圈 2.芯部热电偶 3.二硅化钼管 4.刚玉管 5.钢样 6.喷嘴7.排风口 8.端部热电偶 9.陶瓷纤维棉。
具体实施方式：
现将本发明的具体实施例进一步说明如后。
实施例1
以双相不锈钢2005连铸坯凝固过程模拟来说明金属凝固过程实验模拟方法。
具体步骤如下：
A. 通过数值模拟或者实际测量，获取双相不锈钢2205的连铸坯芯部和表面温度。
B．用无水乙醇清洗刚玉管4和双相不锈钢钢样5并吹干，将钢样5盛放于刚玉管4内，将二硅化钼管3套在刚玉管4上，将高频感应线圈1缠绕于二硅化钼管3外，二硅化钼管3和高频感应线圈1之间用陶瓷纤维棉9隔开，以利于温度控制和保护线圈。在钢样端部固定好喷嘴6和排风口7，在芯部和端部固定好热电偶2、8。
C．调节高频感应线圈1功率直至芯部热电偶2显示为连铸坯芯部温度。
D．调节喷嘴冷却水流量直至端部热电偶8显示为连铸坯表面温度。
E．保温10分钟，以使温度场均匀。
F．高频感应线圈1断电，喷嘴按照设计的流量持续喷水喷嘴，直至双相不锈钢钢样5凝固完毕。
G．实验完成后，待双相不锈钢钢样5温降到室温时，取出钢样。

Claims (7)

1.一种模拟连铸坯二冷区凝固组织的方法，该方法的特征在于：通过感应加热芯部和喷水冷却两端来控制钢样的凝固过程，从而模拟连铸坯二冷区的凝固过程及凝固组织；钢样的长度为所模拟的连铸坯的厚度，钢样的中段套在刚玉管中；通过热电偶实时测温与改变感应线圈功率调节钢样芯部温度；通过热电偶实时测温与改变喷嘴冷却水流量调节钢样端部温度，使钢样冷却条件与实际连铸坯相似从而模拟连铸坯二冷区的凝固组织。
2.如权利要求1所述模拟连铸坯二冷区凝固组织的方法，其特征在于：感应线圈通电后，由于集肤效应先加热二硅化钼管，进而加热钢样，使钢样熔化。
3.如权利要求1所述模拟连铸坯二冷区凝固组织的方法，其特征在于：钢样两端加工成盲孔，便于两端喷水冷却并且可以避免冷却水溅到刚玉管或线圈上；由于钢样为长圆柱型且两端面喷水冷却，感应加热时芯部温度将高于端部，最终钢样芯部熔化，端部仍为固态。
4.如权利要求3所述模拟连铸坯二冷区凝固组织的方法，其特征在于：钢样两端固定冷却水喷嘴，作为钢样的冷却源，冷却水喷嘴可调节水气比例和流量。
5.如权利要求1所述模拟连铸坯二冷区凝固组织的方法，其特征在于：通过调整感应线圈功率调节钢样芯部温度。
6.如权利要求1所述模拟连铸坯二冷区凝固组织的方法，其特征在于：通过调节喷嘴的水气比例和流量控制钢样两端的冷却强度。
7.如权利要求1所述模拟连铸坯二冷区凝固组织的方法，其特征在于：在二硅化钼管外包裹一层陶瓷纤维棉，用于防止钢样热量散失过快，降低功耗。
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