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高碳钢小方坯连铸参数优化及铸坯中心偏析控制
摘要
针对高碳钢小方坯连铸生产中存在的铸坯中心偏析问题，以及连铸参数不合理造成的铸坯质量差等问题，本文对高碳钢小方坯连铸参数进行了优化，并探讨了铸坯中心偏析控制的方法。在优化连铸参数的基础上，通过实验对铸坯的结构和性能进行了分析，结果表明，优化后的连铸参数明显提高了铸坯的质量和均匀性，并有效控制了铸坯中心的偏析。
关键词：高碳钢；小方坯；连铸参数；铸坯中心偏析；质量优化
Abstract
Inviewoftheproblemofcentersegregationofcastbilletsandpoorqualityofcastbilletscausedbyunreasonablecontinuouscastingparametersintheproductionofhighcarbonsteelsmallsquarebillets,thispaperoptimizesthecontinuouscastingparametersofhighcarbonsteelsmallsquarebillets,andexploresthemethodofcontrollingthecentersegregationofcastbillets.Basedontheoptimizationofcontinuouscastingparameters,thestructureandpropertiesofcastbilletswereanalyzedbyexperiments.Theresultsshowedthattheoptimizedcontinuouscastingparameterssignificantlyimprovedthequalityanduniformityofcastbillets,andeffectivelycontrolledthecentersegregationofcastbillets.
Keywords:highcarbonsteel;smallsquarebillet;continuouscastingparameters;centersegregationofcastbillet;qualityoptimization
引言
高碳钢，又称为硬钢，在工业应用中占有重要地位，常应用于制造刀具、机械零件、弹簧等领域。在高碳钢的制备过程中，连铸生产技术是一种高效、节能的制造方式。然而，由于高碳钢具有脆性和易裂的特性，因此连铸过程中必须控制好铸坯的结构和性能，以保证产品质量。
在高碳钢小方坯连铸生产中，铸坯中心偏析问题是一个不容忽视的问题。铸坯中心偏析是指铸坯内部元素浓度不均匀，导致结构不稳定，从而降低产品的性能和使用寿命。此外，连铸参数不合理也会导致铸坯质量差，影响生产效率和产品质量。
为解决以上问题，本文通过优化高碳钢小方坯连铸参数来提高铸坯质量，并探讨了铸坯中心偏析的控制方法。
一、高碳钢小方坯连铸参数优化
1．连铸模型建立
在高碳钢小方坯连铸生产中，铸坯的结构和性能是受到连铸参数的影响的。因此，建立连铸模型是优化连铸参数的前提条件。本文采用数值模拟方法，建立了高碳钢小方坯连铸的模型。连铸模型包括冷却水流速度、结晶器铺陈角度、结晶器倾角、浇口流量等参数。通过对连铸模型进行仿真计算，得到了铸坯的结晶过程和凝固行为。
2．连铸参数优化
根据连铸模型的仿真结果，本文对连铸参数进行了优化。具体措施如下：
（1）调整浇口流量
浇口流量是影响铸坯质量的关键因素之一。如果浇口流量太大，会导致铸坯表面太平滑，影响冷却效果；如果浇口流量太小，则会使铸坯表面形成皮壳，影响铸坯的结晶和凝固。因此，本文针对实际情况调整了浇口流量，保证铸坯表面不被过度冷却。
（2）调整结晶器倾角
结晶器倾角是指结晶器与水平面成的角度。通过实验对比发现，当结晶器倾角较小时，铸坯的结晶速度较慢，坯面自发生极不均匀。因此，本文逐步调整了结晶器倾角，确定了最优倾角。
（3）调整冷却水流速度
冷却水流速度对铸坯的冷却效果有较大影响。流速过大则会导致铸坯温降快，产生内应力，使铸坯断裂；流速过小则会导致铸坯表面皮壳变厚。本文通过在实验室内模拟连铸过程，确定了最优冷却水流速度。
二、铸坯中心偏析控制
铸坯中心偏析是指铸坯内部元素浓度分布不均匀的现象。中心偏析的发生与铸坯凝固历程中铸态组织的分布、化学成分的分配以及热传导等因素密切相关。本文通过实验，探讨了下列控制方法：
1．增大凝固区尺寸
凝固区尺寸是指铸坯从液态向固态转化时，所形成的凝固带的尺寸。凝固区尺寸较大时，凝固组织分布均匀，元素分配合理，可以降低铸坯中心偏析的发生率。因此，本文通过控制降温速率和冷却时间等措施，增大凝固区尺寸，有效降低了铸坯中心偏析的发生率。
2．熔体