3、保護(hù)澆注連鑄坯振痕形成機(jī)理
3.1 彎月面部分凝固時(shí)振痕形成的機(jī)理
在保護(hù)渣存在情況下，人們對(duì)連鑄坯振痕形成的原因進(jìn)行了深入細(xì)致的研究，提出了一些模型，其中以Brimacombe小組所做的工作較具有代表性。他們認(rèn)為，在連鑄過(guò)程中，鋼水在彎月面凸起的部分由于結(jié)晶器的冷卻會(huì)形成凝固殼，此凝固殼會(huì)在結(jié)晶器振動(dòng)過(guò)程中受到保護(hù)渣道周期性變化的壓力而變形，形成振痕。
在結(jié)晶器振動(dòng)的負(fù)滑脫階段，在液態(tài)的保護(hù)渣道內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)正的壓力，此壓力推動(dòng)初生的凝固殼遠(yuǎn)離結(jié)晶器壁。而在結(jié)晶器振動(dòng)的正滑脫期，保護(hù)渣道內(nèi)的壓力為負(fù)壓，也就是鋼水的靜壓力大于保護(hù)渣道內(nèi)壓力，于是已經(jīng)變形的初始凝殼又被回推向結(jié)晶器壁。正是初凝殼這種隨結(jié)晶器振動(dòng)而周期性的“遠(yuǎn)離一回推”運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致了振痕的形成。
至于在這個(gè)過(guò)程中是形成“凹狀”振痕，還是形成“鉤狀”振痕，則取決于初始凝固殼的厚度和機(jī)械性能。
Brimacombe所給出的機(jī)理從結(jié)晶器振動(dòng)引起的保護(hù)渣道壓力變化著手，某種程度上定量分析了實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)中振痕的成因，是目前關(guān)于浸人式水口保護(hù)渣澆注下振痕形成的比較一致的認(rèn)識(shí)。可以說(shuō)，這一機(jī)理是目前被研究得最為透徹的一種，用來(lái)解釋凹型振痕的形成更有說(shuō)服力。
3.2 額外液體容積凝固模型
在Brimacombe提出的“保護(hù)渣作用”機(jī)理中，一個(gè)必須具備的條件就是：和液態(tài)保護(hù)渣相接觸鋼水凸起的彎月面必須凝固，盡管有相當(dāng)多的計(jì)算表明這種凝固確實(shí)存在，但彎月面部分凝殼是否總是出現(xiàn)，仍然是個(gè)問(wèn)題。
為此，有學(xué)者做了如下的實(shí)驗(yàn)，在穩(wěn)定連鑄170×170rnm方坯的過(guò)程中，突然停止拉坯和結(jié)晶器的振動(dòng)，在鋼水液面上升到完全淹沒(méi)渣圈后關(guān)閉中間包水口，讓結(jié)晶器內(nèi)鋼水在原地凝固好之后，縱拋結(jié)晶器及里面的坯殼以確定初始凝固點(diǎn)的位置。結(jié)果顯示初始凝固點(diǎn)以及第一條振痕并不是出現(xiàn)在彎月面處，而是在低于彎月面以下50mm的地方。因此，結(jié)晶器內(nèi)液面與坯殼初始凝固點(diǎn)之間存在著一部分鋼液，稱之為“額外液體容積”。在“額外液體容積”存在的情況下，振痕的形成顯然不能按照Brimacombe提出的“保護(hù)渣作用”機(jī)理來(lái)解釋。而關(guān)于這種情況下機(jī)理性的研究，目前還很不成熟。
4、振痕形成的其它機(jī)理
4.1 彎月面液體表面張力不穩(wěn)定導(dǎo)致振痕
在上述各模型中，大部分都著眼于在結(jié)晶器振動(dòng)過(guò)程中導(dǎo)致“力”的變化來(lái)解釋振痕的形成(如Samarasekera模型中結(jié)晶器給坯殼機(jī)械力，保護(hù)渣作用模型中渣道壓力的變化，二次彎月面中彎月面凝殼和鑄坯凝殼的相互作用)。顯然，如果結(jié)晶器不振動(dòng)，這些力的作用都不會(huì)發(fā)生，按說(shuō)就不會(huì)形成振痕。但事實(shí)上，在很多有色金屬的連鑄過(guò)程中即使結(jié)晶器沒(méi)有振動(dòng)，也會(huì)形成連鑄坯的“振痕狀”缺陷。
那么如何解釋這些現(xiàn)象呢?最近，Hasse Fredricsson指出，在結(jié)晶器內(nèi)彎月面處液態(tài)金屬的表面張力在這些“振痕狀”缺陷的形成過(guò)程中起到了很大的作用。在某一時(shí)刻，液態(tài)金屬垂直于結(jié)晶器壁生成凝殼，此時(shí)金屬熔池表面與凝殼上沿平齊。隨著拉坯的進(jìn)行，凝殼向下運(yùn)動(dòng)，保持不變的液位相對(duì)上升，但此時(shí)由于金屬液表面張力的作用，形成一個(gè)凸起的彎月面，并且彎月面的高度逐漸變大。一旦彎月面的高度高到表面張力不足以維持時(shí)，彎月面就向結(jié)晶器壁坍塌溢流，受結(jié)晶器壁冷卻而形成新的凝殼和彎月面，如圖7(d)所示。這樣，每一次坍塌溢流就形成一道“振痕”。
Hasse Fredricsson認(rèn)為，無(wú)論結(jié)晶器振動(dòng)與否，這一現(xiàn)象在有不斷上升的液位的凝固過(guò)程中都會(huì)出現(xiàn)。在連鑄過(guò)程中，這種溢流坍塌發(fā)生時(shí)結(jié)晶器處于振動(dòng)的什么位置，將直接決定形成何種振痕。具體來(lái)說(shuō)，如果坍塌發(fā)生時(shí)結(jié)晶器處于振動(dòng)的下沖程時(shí)，坍塌的金屬液就可能漫過(guò)凝固殼，形成溢流型帶鉤狀的振痕；當(dāng)坍塌發(fā)生在振動(dòng)的上沖程時(shí)，結(jié)晶器處于高位，坍塌仍然發(fā)生，但沒(méi)能包住凝固坯殼，這時(shí)凝固殼就可能會(huì)粘結(jié)在結(jié)晶器壁上形成凹型振痕。
這一機(jī)理可以用來(lái)粗略地解釋一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，但仍然還有很多不完善的地方，值得迸一步地研究。
4.2 振痕形成的溫度波動(dòng)機(jī)理
基于對(duì)連鑄過(guò)程初始凝固點(diǎn)溫度波動(dòng)的實(shí)驗(yàn)研究和計(jì)算，結(jié)合Brimacombe等人通過(guò)預(yù)埋在結(jié)晶器內(nèi)壁靠近彎月面區(qū)域熱電偶實(shí)測(cè)的溫度變化情況，上海大學(xué)雷作勝等人提出，隨著結(jié)晶器周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)，彎月面區(qū)初始凝固點(diǎn)與水冷結(jié)晶器壁間接觸點(diǎn)周期性改變，結(jié)晶器壁靠近彎月面處沿拉坯方向存在較大的溫度梯度使得該接觸點(diǎn)溫度產(chǎn)生波動(dòng)，使初始凝固坯殼承受因結(jié)晶器振動(dòng)引起的熱振動(dòng)，影響了凝固坯殼的厚度、強(qiáng)度以及坯殼表面與結(jié)晶器壁間的接觸狀態(tài)，從而造成連鑄坯表面振痕。
基于“溫度波動(dòng)”現(xiàn)象，可以解釋包括結(jié)晶器高頻小振幅振動(dòng)、非正弦振動(dòng)，熱頂結(jié)晶器，軟接觸結(jié)晶器電磁連鑄等諸多技術(shù)改善鑄坯表面質(zhì)量的機(jī)理，這些技術(shù)的共同之處在于減小了連鑄坯初始凝固點(diǎn)的溫度波動(dòng)幅值，從而改善了鑄坯的質(zhì)量。
——本文摘自萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)
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