对组织形成和非金属夹杂物的影响的分析

对组织形成和非金属夹杂物的影响的分析众所同知，非金属夹杂物的数量和性质以及铸坯结晶组织的特点都对钢的使用性能有影响。提高钢纯净度的问题，与炉外精炼后由于浇注过程中钢流二次氧化形成的7O%非金属夹杂物有关。改善钢的结构并非简单问题。近几年来，为使结晶组织最大程度地破碎，有必要对正在凝固的金属施加外部作用。给正在结晶的熔体中引入附加能量，会对流体动力以及热工和结晶过程的相互联系产生作用，该过程的研究引发了创立有效的工艺。其中有些工艺已在工厂应用，而其余工艺已进行了工业性试验。钢液在连铸用中间包内精炼多年来，旨在降低钢中非金属夹杂物含量的不懈努力中，曾照例集中采用了改善脱氧制度，炉外精琼，注流氲气保护以及改进耐火材料质量的传统方法。只是近几年才对借助陶瓷过滤器实施有色金属和黑色金属精炼的问题有了兴趣。例如连铸时，曾设法使在采用陶瓷过滤器的中间包钢液移动的流体动力学参数得以最佳化。为此预先将中间包分成三个室：一个接受由铸钢包注入钢液的受钢室和两个侧室，钢液由此经浇注水口进入结晶器。在受钢室和浇注室中，钢液运动的方向和速度是不一样的。在浇注室中，大部分钢液在锥形容积内措着水口轴线最大速度不断地搅拌，并吸住非金属夹杂物。钢液流出时在水口腔内的减压，发展了径向力，并使钢液流股压缩△r。被压缩的钢流将非金属夹杂物由包底吸入。夹杂物集中区将扩展到相当浇注水口四倍直径的高度处为防止夹杂物进入结晶器，必须采取措施，在上述范围以外区域截获夹杂物。许多工厂采用的中间包其主要缺点在于强大的紊乱钢流经过紧靠包底的隔板TLN流向浇注室。在此情况下，具有最大速度的钢流直接向着结晶器内的钢流冲去，并将包底和浇注水口入口截面周围的非金属夹杂物带走。新建议的流体动力系统规定，钢液要经过滤元件上的孔才能由受钢室向浇注室传送。这些孔以一定的角度排列在包的垂直壁中，孔的高度在能被由每个过滤元件进入的钢液所淹没.并延伸到非金属夹杂物聚集区以上.把饱含夹杂物的区域推向包中熔体的开口表面。铜液淹没处的分布图以及在中间包中控制紊流形成过程的可能性取决于锕的品种、中间包几何尺寸和过滤元件结构。经详细研究的去除非金属夹杂物的流体动力系统曾在“亚速钢”公司的连铸机上采用。铸坯规格为1950mm×300mm采用该工艺时，钢中非金属夹杂物总污染度平均降低了1/3～1/2。同时提高了厚度10～50mm低合金钢板的机械性能和使用性能，其中相对延伸率提高了15%～20%韧性提高了10%～15%。超声波探伤检验废品减少了一半。钢的压力浇注尽管有过多次尝试，但压力浇注工艺最终尚未完成。这首先与缺乏耐火的金属导管有关，当钢液进入铸模时导管经不住钢掖的浸蚀作用。乌克兰金属和台金物理工艺研究所曾原则上提出了压力浇注新方案。金属模型1支靠在耐火材料板2上.板上有供钢液通过的孔。按此方法准备好的浇注模型要放在盛有铜液3的有衬熔锅上。给浇注模型施加压力P。可以根据任何制度调节钢液充填速度。利用石墨棒或砂棒4可注成完整铸件。在5MPa以下压力浇注了不同结晶间隙的碳素管坯钢(15升和55升)时，对工艺进行了研究。当给正在凝固的金属施加压力时，实质上增加了接触式热交换的时间.增加了凝固中熔体的导热强度.因而也就提高了钢的结晶速度，减小了初生树枝状结晶的尺寸。同时形成树枝状结晶的延续时间和扩散过程都显著地缩短。枝间不均质性的发展过程也显著减少。热交换的加强也促进了非金属夹杂物的球化作用。在压力结晶条件下的上述变化与在大气压力下自由结晶条件比较，致使钢的机械性能(尤其是强度)水平提高。熔体振动时，力平衡、物质量的保持及移动量的研究指出，朝向凝固边缘的振动力，不仅引起结晶边缘边界层的破坏，而且力的作用也传给生长的结晶。当振动力以正负方向交替变化时.树枝状晶的支柱被折断.并将其冲向凝固铸件的液心。当然，随着这一参数的增加，铸件的凝固时间将会缩短。正凝固的熔体中结晶核心愈多，则组织形成得愈快振动时的这种现象是与熔体向浇注模型热传导的加强同时发生。通过在透明介质中的模拟试验，对弹性波振动场内的结晶进行了研究由提供的照片可以看出.在表面开口的水冷模型中形成矩形铸件时，在最初的阶段，沿整个周边，结晶的生长速度几乎是相等的。继续结晶时，外壳的生长减慢.而晶体顶尖被折断的过程开始)。折断的顶尖沉积在铸件的液心底部。在振动过程中，铸件垂直面上凝固层厚度的变化实际上已经停止了。此时水平面上碎块沉淀层的厚度不断地增长，直到缩孔面为止。在弹性波振动场内铸件凝固机理的研究具有重大的实际意义，它可作为台金凝固振动时处理选择最佳方式的基础。所建议的模拟试验方法还揭示出一个重要的规律性。在模拟试验介质中，未发现晶体折断现象，该介质有凝固范围，并在凝固温度下有很高的塑性。在晶体生长过程中每个晶体的顶尖均未折断，而是有所弯曲和盘旋。根据实验结果，在同样的冷却条件下.在脆性模拟试验介质中凝固时间比不振动时要缩短3/4～4/5。而在塑性模拟试验介质中缩短25%。由此可以得出结论，在振动条件下.有效地细化铸件组织及缩短凝固时间，不是所有钢种都能达到。那些在凝固温度下具有高塑性的钢种，以细化结晶组织为目的在弹性波场内进行处理是不合理的。对凝固范围宽的钢种.在振动条件下可使等轴晶破碎.从而细化了组织。因此，获得的资料能解释振动处理对熔体结晶影响的研究结果各不相同的原因。