3、保護澆注連鑄坯振痕形成機理
3.1 彎月面部分凝固時振痕形成的機理
在保護渣存在情況下，人們對連鑄坯振痕形成的原因進行了深入細(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，在連鑄過程中，鋼水在彎月面凸起的部分由于結(jié)晶器的冷卻會形成凝固殼，此凝固殼會在結(jié)晶器振動過程中受到保護渣道周期性變化的壓力而變形，形成振痕。
在結(jié)晶器振動的負(fù)滑脫階段，在液態(tài)的保護渣道內(nèi)產(chǎn)生一個正的壓力，此壓力推動初生的凝固殼遠(yuǎn)離結(jié)晶器壁。而在結(jié)晶器振動的正滑脫期，保護渣道內(nèi)的壓力為負(fù)壓，也就是鋼水的靜壓力大于保護渣道內(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)晶器振動而周期性的“遠(yuǎn)離一回推”運動導(dǎo)致了振痕的形成。
至于在這個過程中是形成“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械性能。
Brimacombe所給出的機理從結(jié)晶器振動引起的保護渣道壓力變化著手，某種程度上定量分析了實驗和生產(chǎn)中振痕的成因，是目前關(guān)于浸人式水口保護渣澆注下振痕形成的比較一致的認(rèn)識?？梢哉f，這一機理是目前被研究得最為透徹的一種，用來解釋凹型振痕的形成更有說服力。
3.2 額外液體容積凝固模型
在Brimacombe提出的“保護渣作用”機理中，一個必須具備的條件就是：和液態(tài)保護渣相接觸鋼水凸起的彎月面必須凝固，盡管有相當(dāng)多的計算表明這種凝固確實存在，但彎月面部分凝殼是否總是出現(xiàn)，仍然是個問題。
為此，有學(xué)者做了如下的實驗，在穩(wěn)定連鑄170×170rnm方坯的過程中，突然停止拉坯和結(jié)晶器的振動，在鋼水液面上升到完全淹沒渣圈后關(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的位置。結(jié)果顯示初始凝固點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“保護渣作用”機理來解釋。而關(guān)于這種情況下機理性的研究，目前還很不成熟。
4、振痕形成的其它機理
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)晶器振動過程中導(dǎo)致“力”的變化來解釋振痕的形成(如Samarasekera模型中結(jié)晶器給坯殼機械力，保護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，這些力的作用都不會發(fā)生，按說就不會形成振痕。但事實上，在很多有色金屬的連鑄過程中即使結(jié)晶器沒有振動，也會形成連鑄坯的“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”缺陷的形成過程中起到了很大的作用。在某一時刻，液態(tài)金屬垂直于結(jié)晶器壁生成凝殼，此時金屬熔池表面與凝殼上沿平齊。隨著拉坯的進行，凝殼向下運動，保持不變的液位相對上升，但此時由于金屬液表面張力的作用，形成一個凸起的彎月面，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，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，無論結(jié)晶器振動與否，這一現(xiàn)象在有不斷上升的液位的凝固過程中都會出現(xiàn)。在連鑄過程中，這種溢流坍塌發(fā)生時結(jié)晶器處于振動的什么位置，將直接決定形成何種振痕。具體來說，如果坍塌發(fā)生時結(jié)晶器處于振動的下沖程時，坍塌的金屬液就可能漫過凝固殼，形成溢流型帶鉤狀的振痕；當(dāng)坍塌發(fā)生在振動的上沖程時，結(jié)晶器處于高位，坍塌仍然發(fā)生，但沒能包住凝固坯殼，這時凝固殼就可能會粘結(jié)在結(jié)晶器壁上形成凹型振痕。
這一機理可以用來粗略地解釋一些實驗現(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機理
基于對連鑄過程初始凝固點溫度波動的實驗研究和計算，結(jié)合Brimacombe等人通過預(yù)埋在結(jié)晶器內(nèi)壁靠近彎月面區(qū)域熱電偶實測的溫度變化情況，上海大學(xué)雷作勝等人提出，隨著結(jié)晶器周期性往復(fù)運動，彎月面區(qū)初始凝固點與水冷結(jié)晶器壁間接觸點周期性改變，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溫度產(chǎn)生波動，使初始凝固坯殼承受因結(jié)晶器振動引起的熱振動，影響了凝固坯殼的厚度、強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”現(xiàn)象，可以解釋包括結(jié)晶器高頻小振幅振動、非正弦振動，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)量的機理，這些技術(shù)的共同之處在于減小了連鑄坯初始凝固點的溫度波動幅值，從而改善了鑄坯的質(zhì)量。
——本文摘自萬方數(shù)據(jù)庫
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