切缝形式对方坯结晶器内磁场和温度场影响的实验研究

摘要

在连铸技术朝着近终型、无缺陷方向发展的今天，对连铸坯表面质量要求也日益严格。表面振痕作为裂纹产生的密集区域，往往还伴随着皮下凝固钩、夹杂、气泡等表面缺陷，在热处理和轧制后容易使铸坯质量进一步恶化。长期以来，广大的冶金工作者如何减少振痕缺陷进行了大量的研究。电磁软接触连铸技术作为电磁冶金的重要分支，对于减轻表面振痕改善铸坯表面质量有着十分显著的效果。在圆坯电磁软接触结晶器技术逐渐成熟后，方坯电磁软接触结晶器的发展成为研究重点。
　　本文主要通过实验研究方坯结晶器角部不同形式的切缝对结晶器内磁场分布的影响，对弯月面高度的影响以及对结晶器熔池温度分布的影响。研究中首先通过电磁感应法对已经设计好的实验用方坯结晶器内不同电源功率情况下磁场的测量，其中结晶器四个角部有不同的切缝形式，从而得到磁场的分布;然后再通过浸渡法测量Sn-Pb-Bi合金溶液在施加不同功率磁场情况下的弯月面高度;最后使用红外热像仪和热电偶对熔池温度进行了测量。希望可以为下一步的工业试验提供理论支持。
　　本实验条件下，主要得出以下结论:
　　(1)当结晶器角部没有切缝时，结晶器角部磁感应强度比其余各点小14％，沿结晶器周向磁场分布相当不均匀;在结晶器角部增加切缝，结晶器角部磁感应强度比其余各点小7％，沿结晶器周向磁场分布均匀性显著提高。电源功率增加，磁感应强度会随之增大，并且磁感应强度的平方与电源功率成正比。
　　(2)熔池内液态合金在高频电磁场作用下，液面行为可分为弯月面初始变形阶段、弯月面脱离结晶器壁阶段和熔池中心区域振动阶段三个阶段。
　　(3)在结晶器角部增加切缝，弯月面与结晶器壁的接触角减小，弯月面起始点即三相点下移，弯月面高度由8.8mm增大到11.2mm。
　　(4)结晶器内熔池存在明显的温度梯度。靠近结晶器壁面的合金液体温度低于熔池中心;温度峰值出现在距离结晶器壁约8mm的区域。同一位置的温度随通电时间的延长线性增加，不同区域的升温速率存在明显差异。
　　(5)熔池升温速率随切缝数目增加而增大。切缝处金属液温度高于分瓣体中心，电源功率8kW时的温度梯度约为1.8℃。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 本课题的研究背景

1．3 本课题的研究内容

第2章 文献综述

2．1 连铸坯表面振痕形成机理

2．1．1 敞开浇铸油润滑连铸坯振痕的形成

2．1．2 保护浇注连铸坯振痕的形成机理

2．2 影响振痕深度的主要因素

2．2．1 钢水成分的影响

2．2．2 结晶器保护渣的影响

2．2．3 拉坯速度的影响

2．2．4 结晶器振动参数影响

2．2．5 结晶器内钢液面波动的影响

2．3 现有振痕控制技术

2．3．1 调整结晶器振动参数

2．3．2 调整结晶器结构和材质

2．3．3 调整结晶器保护渣性能

2．3．4 应用电磁软接触技术

2．4 电磁软接触连铸及其研究现状

2．4．1 电磁软接触连铸技术原理

2．4．2 电磁软接触连铸技术研究进展

第3章 方坯电磁软接触结晶器内磁场分布

3．1 实验方案

3．1．1 磁场测量原理

3．1．2 实验设备及器材

3．1．3 磁场测试位置及测试参数选择

3．2 实验结果及分析

3．2．1 方坯电磁软接触结晶器内磁场分布规律

3．2．2 切缝形式对结晶器内纵向磁场分布的影响

3．2．3 切缝形式对结晶器周向磁场均匀性的影晌

3．2．4 电源功率对磁感应强度峰值的影响

3．3 本章小结

第4章 高频电磁场作用下液态金属弯月面行为研究

4．1 结晶器内液面凸起变形规律

4．1．1 弯月面行为的理论解析

4．1．2 实验方案

4．1．3 实验结果及分析

4．2 弯月面行为定量研究

4．2．1 实验方案

4．2．2 实验结果及分析

4．3 本章小结

第5章 方坯电磁软接触结晶器内熔池温度测量

5．1 红外热像仪测温实验

5．1．1 实验方案及装置

5．1．2 实验结果及分析

5．2 热电偶测温实验

5．2．1 实验方案及装置

5．2．2 实验结果及分析

5．3 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢