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    连铸过程中结晶器磨损原因分析
    连铸过程中结晶器磨损原因分析
    发布时间:2017-02-01 10:46:18   浏览:
    结晶器铜管是整个连铸工艺的核心设备,直接影响到连铸的生产率、产品质量和生产成本。在生产过程中,结晶器要不断地经受高温、高压和强磨擦的冲击,工作环境极其恶劣。了解结晶器的磨损原因对于结晶器的设计和使用具有重要意义,这里对结晶器铜管的磨损机理进行简要介绍。

    结晶器铜管裂纹

        结晶器的弯月面区域常有铜板裂纹出现,主要原因是铜板表面温度提高引起的极高的热流量,在此高温下,相对于钢质支持设施而言铜板趋向于膨胀。尤其是对薄板坯连铸结晶器而言更是如此,由于拉坯速度快,铜板表面温度快速升高,铜板所承受的温度超过了其恢复再结晶温度,从而使其强度和硬度大大降低,使漏斗形过渡区经历了一个明显的3维膨胀运动。这个热应变和机械应变组合加上硬度的下降(可达50%),导致了铜板表面裂纹的出现,而且裂纹倾向于以晶间方式进一步传播。
        浇铸过程中过高的热量水平和由此而产生的结晶器铜板表面和亚表面区域的宏观塑性应变/形变,是导致结晶器弯月面处产生裂纹的主要原因。这种损坏机理又受到极高温度区域的强化。例如,从结晶器漏斗型区到结晶器平行区的过渡区域。这时,结晶器热面和冷面之间的局部温度梯度可达到数百摄氏度。
        结晶器铜板工作侧表面(热面)或多或少都要承受扩散的影响,钢水中的Zn、S、Cd和?;ぴ械腇都要扩散到铜板的表面和亚表面。这些扩散元素会导致结晶器铜板的热脆性,导致裂纹的形成和扩散。裂纹损坏的关键因素就是结晶器所经受的最高温度和结晶器服役时间。
        当高速连铸时,结晶器材质经受超高温的另一个影响效应就是结晶器铜板发生塑性应变,导致弯月面下铜板变形,以及由于钢水内的Zn扩散到铜板中形成黄铜,即发生所谓的“黄铜化”现象。后一个问题对于电炉钢厂或短流程轧钢厂问题尤为突出,因为电炉钢厂或短流程轧钢厂通常是利用废钢炼钢的?;仆男纬墒沟媒峋魍宀却嘈?,加之很高的工作温度而引起的应力,使结晶器铜板产生裂纹。

    结晶器铜管的鼓肚

        结晶器铜板的鼓肚是由于结晶器铜板的宽面和窄面之间的空隙引起的。其原因就是结晶器铜板内表面(热面)温度过高,导致弯月面下部区域的结晶器铜板热膨胀;这种热膨胀在结晶器铜板的外表面冷面受到限制,结果结晶器产生宏观上的弹性/塑性变形,变形程度主要取决于材料的蠕变特性和材料的强度。当发生宏观弹性/塑性变形的结晶器冷却后,结晶器铜板并不能完全恢复到原来的状态,结果在结晶器宽面产生沟槽或凹痕。随着沟槽或凹痕的不断扩展,在结晶器铜板的宽面沟槽或凹痕与结晶器铜板的窄面之间形成空隙。这种空隙常常决定何时结晶器铜板必须拆除和再加工,使它成为影响结晶器使用寿命的一个决定性因素。
        除了引起上述结晶器宽面和窄面之间出现空隙之外,鼓肚还会导致结晶器铜板材料的挪窝,即当结晶器在线调宽时,在结晶器铜板的窄面滑动边缘的前侧形成材料堆积。降低窄面的夹持力可以有效地消除这一影响,当然夹持力的降低幅度是有限度的,这是因为,由于受到结晶器内钢水静压力的作用,当夹持力降低到一定程度时,结晶器就会打开。因而,必须使用高硬度的结晶器材质来减少这一影响。

    结晶器的不均匀热流

        结晶器壁的横向和纵向热流在局部区域是不均匀的。然而,大多数结晶器铜板是仅按均匀传热速率设计的,结果在结晶器热表面,特别是沿弯月面存在局部温度差。
        结晶器?;ぴ杓埔话愣加惺褂梦露确段?由于?;ぴ娜刍蜕感形牟煌?也会导致结晶器铜板局部区域温度存在差异,特别是在结晶器铜板的中部和结晶器铜板的平行面区域。?;ぴ恼庵秩刍钜旎岬贾抡谛纬傻木缺;ぴず穸却嬖诓钜?从而使得传热速率不一致。这种由于结晶器壁的导热速率不均匀而产生的结果,通常被称为“连铸折痕(caster folds)”或薄板坯纵裂。
        注入结晶器的钢水在弯月面处形成驻波,这又加重了上述问题,结果是位于驻波形成区域(驻波处为结晶器钢水面最高点)结晶器壁温度最高。这是因为,由于熔化的?;ぴ魅胪湓旅娓炙淖畹偷?此点位于结晶器中间部位,该位置形成的?;ぴ饶ぷ詈?而在铸坯与结晶器铜板之间只形成了较薄的?;ぴ饶?。最终结果是,结晶器铜板位于?;ぴ饶ぷ詈竦那蛭露茸畹?位于?;ぴ饶ぷ畋〉那蛭露茸罡?。为了消除这一影响,许多薄板坯连铸机都采用电磁制动,以调节和控制结晶器液面,减少结晶器液面驻波。

    结晶器铜板铸坯出口处的磨损

        除上述原因外,决定结晶器寿命和再加工的另一个因素就是结晶器铜管下都由铸坯坯壳造成的机械磨损。解决结晶器下部磨损的办法就是在结晶器表面镀上镍、镍合金或其他合金材料,同时还能起到防止铸坯坯壳从结晶器壁吸收铜的作用。铸坯吸收铜可能在铸坯表面产生星状裂纹,最终在成品表面留下星状裂纹缺陷。
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