基于全截面微观结构的亚共晶钢连续铸造过程中熔渣边形成特性的研究

《International Journal of Minerals Metallurgy and Materials》：Characterization of the formation of slag rims of mold powder during hypo-peritectic steel continuous casting based on full-sectional microstructures

连续铸造中高结晶性模具粉末的渣环形成机制研究采用全截面显微表征结合三相流体热力学模拟，发现模具振动相位影响渣环形貌：升速阶段（约100 K·s?1）促进粗大Akermanite-Gehlenite层状结构及厚渣环形成，降速阶段（400 K·s?1）则形成细密结构薄渣环。 powder A（高粘性）因窄固结区间形成交替层状粗晶，powder B（低粘性）因宽固结区存在玻璃相填充，揭示粉末热物性通过影响 mushy zone 延展性调控渣环厚度与微观组织的关键作用。

　　

摘要

本文开发了一种全截面微观结构表征方法，用于研究亚共晶钢连续铸造过程中粗 slag rims（熔渣边缘）的形成机制。通过对两种高结晶性粉末所形成的典型 slag rims 进行截面微观结构分析，发现其形成过程主要受液态熔渣凝固的影响。这两种粉末的 slag rims 在微观结构上存在显著差异：粉末 A（具有较高的熔化温度和粘度）呈现出由粗相和细相交替组成的层状结构，其中粗相由 akermanite–gehlenite 过渡相构成；而粉末 B（熔化温度和粘度较低）则主要由规则的 akermanite–gehlenite 晶体组成，其间夹杂着一定量的玻璃态相。通过三相流体流动与热传递的数值模拟研究表明，slag rims 的形成与模具的振动密切相关。液态熔渣在模具振动下降阶段发生凝固，此时模具上升阶段的平均加热速率为约 100 K·s^?1，下降阶段的平均冷却速率为 400 K·s^?1。这种温度变化导致了层状结构的形成，而模具上升阶段则促进了粗结构的形成及 slag rims 的增厚。根据粉末的物理性质，高结晶性模具粉末的 slag rims 形成过程存在两种不同的途径：对于熔化温度较高、粘度较大且凝固范围较窄的粉末 A，倾向于形成粗微观结构和较厚的 slag rims；而对于熔化温度较低、粘度较小且凝固范围较宽的粉末 B，液态熔渣难以快速凝固，较长的糊状区域使得部分液态熔渣得以在 slag rim 前沿持续存在，从而形成较薄的 slag rims。本研究加深了对高结晶性模具粉末中 slag rims 形成机制的理解，并为控制亚共晶钢的纵向表面裂纹提供了重要见解。

本文开发了一种全截面微观结构表征方法，用于研究亚共晶钢连续铸造过程中粗 slag rims 的形成机制。通过对两种高结晶性粉末所形成的典型 slag rims 进行截面微观结构分析，发现其形成过程主要受液态熔渣凝固的影响。这两种粉末的 slag rims 在微观结构上存在显著差异：粉末 A（具有较高的熔化温度和粘度）呈现出由粗相和细相交替组成的层状结构，其中粗相由 akermanite–gehlenite 过渡相构成；而粉末 B（熔化温度和粘度较低）则主要由规则的 akermanite–gehlenite 晶体组成，其间夹杂着一定量的玻璃态相。通过三相流体流动与热传递的数值模拟研究表明，slag rims 的形成与模具的振动密切相关。液态熔渣在模具振动下降阶段发生凝固，此时模具上升阶段的平均加热速率为约 100 K·s^?1，下降阶段的平均冷却速率为 400 K·s^?1。这种温度变化导致了层状结构的形成，而模具上升阶段则促进了粗结构的形成及 slag rims 的增厚。根据粉末的物理性质，高结晶性模具粉末的 slag rims 形成过程存在两种不同的途径：对于熔化温度较高、粘度较大且凝固范围较窄的粉末 A，倾向于形成粗微观结构和较厚的 slag rims；而对于熔化温度较低、粘度较小且凝固范围较宽的粉末 B，液态熔渣难以快速凝固，较长的糊状区域使得部分液态熔渣得以在 slag rim 前沿持续存在，从而形成较薄的 slag rims。本研究加深了对高结晶性模具粉末中 slag rims 形成机制的理解，并为控制亚共晶钢的纵向表面裂纹提供了重要见解。