3、保護(hù)澆注連鑄坯振痕形成機(jī)理
3.1 彎月面部分凝固時振痕形成的機(jī)理
在保護(hù)渣存在情況下，人們對連鑄坯振痕形成的原因進(jìn)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(hù)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(hù)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(hù)渣道內(nèi)的壓力為負(fù)壓，也就是鋼水的靜壓力大于保護(hù)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(yùn)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(jī)械性能。
Brimacombe所給出的機(jī)理從結(jié)晶器振動引起的保護(hù)渣道壓力變化著手，某種程度上定量分析了實(shí)驗和生產(chǎn)中振痕的成因，是目前關(guān)于浸人式水口保護(hù)渣澆注下振痕形成的比較一致的認(rèn)識?？梢哉f，這一機(jī)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(hù)渣作用”機(jī)理中，一個必須具備的條件就是：和液態(tài)保護(hù)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(shí)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(shí)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(diǎn)的位置。結(jié)果顯示初始凝固點(diǎn)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(diǎn)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(hù)渣作用”機(jī)理來解釋。而關(guān)于這種情況下機(jī)理性的研究，目前還很不成熟。
4、振痕形成的其它機(jī)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(jī)械力，保護(hù)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(shí)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(jìn)行，凝殼向下運(yùn)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(jī)理可以用來粗略地解釋一些實(shí)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(jī)理
基于對連鑄過程初始凝固點(diǎn)溫度波動的實(shí)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(shí)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(yùn)動，彎月面區(qū)初始凝固點(diǎn)與水冷結(jié)晶器壁間接觸點(diǎn)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(diǎn)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(qiáng)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(jī)理，這些技術(shù)的共同之處在于減小了連鑄坯初始凝固點(diǎn)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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