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振动激发形核传热机制及工业化应用研究

作　者: 王超
导　师: 朱心昆；张慧
学　校: 昆明理工大学
专　业: 钢铁冶金
关键词: 等轴晶形核凝固振动传热
分类号: TF777
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

振动激发形核是一种可用于铸坯和铸件的组织细化与控制技术,其特点是将具备激冷作用的晶核发生器置入金属液,并通过振动作用将晶核发射器表面形成的激冷晶弹射到金属液中,为大量等轴晶的形成提供有效晶核。本课题以连铸生产为背景,以动力学、热力学、凝固理论为基础,系统研究连铸条件下钢凝固过程中晶体形核、脱落、游离和长大规律及条件,研究有效且有益非均质形核质点的特性,研究凝固组织与成分均匀性的关系。通过本项目研究,揭示连铸条件下洁净钢凝固过程中晶体形成、长大和形态转变的本质规律,探讨通过合理控制工艺过程细化连铸坯凝固组织的可能性；获得以连铸为应用背景、促进形核为手段、以细等轴晶化为特征的较为完整的高洁净钢均质化技术基础研究成果,为开发高均质连铸坯新技术奠定基础。为了提高金属凝固组织的等轴晶比例,基于“晶体游离”、“枝晶熔断”、“结晶雨”等理论,开发了振动激发金属液形核技术。在金属凝固过程中,将带有冷却装置的棒体插入金属液中,并不断地通入循环冷却介质。由于冷却作用,在金属液中凝固壳首先出现在棒体表面。利用机械振动的作用,将棒体表面的凝固壳破碎,并被不断地弹射到金属液中,成为等轴晶形成和孕育长大的核心。为完成本论文,做了以下工作：1)对振动激发形核机理的探讨,对振动激发形核技术的冷却方式、冷却介质及冷却介质的用量进行了探讨和研究。2)通过传热计算,对棒体的耐热震性进行了研究,从而为棒体材质及其结构的选择提供了依据。3)通过振动激发形核技术在工业上的试验研究,观察该技术对金属凝固组织的影响。4)通过通过振动激发形核技术在工业上的试验研究,提出了并完善了该技术的操作工艺。通过以上计算及试验,振动激发形核技术的冷却方式采用水雾+压缩空气的气雾冷却方式,能够使棒体表面结壳。外部材质采用金属陶瓷,其作用是减缓传热,防止钢液在棒体表面结壳,确保晶核发生器对钢液进行连续处理,内部采用钢管来传输冷却介质。在附加水雾的情况下,当冷却用的压缩空气流量为60～80m3/h时,出气口温度为270-320℃,晶核发生器所吸收的热量可达7.3～10.8kW,棒体表面与钢液之间的温差达到38～56℃,表面温度为1467～1486℃,过冷度达到32～51℃,发生了凝固结壳现象。观察采用振动激发形核技术处理过的板坯,可发现其等轴晶率由5%-10%提高到30%,偏析缺陷明显减轻。

振动激发形核传热机制及工业化应用研究

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