SPA-H钢转炉快速脱碳冶炼生产实践

根据SPA-H钢成分特点,通过理论分析认为,该钢种具有快速脱碳的条件。采取优化供氧流量和压力,降低平均枪位,改善造渣制度,优化底吹系统等措施后,该钢种冶炼时间平均降低0.6 min,提高了转炉作业效率。

SPA-H钢分层缺陷问题分析及改进措施

针对SPA-H热轧板加工过程中出现的分层缺陷问题,通过宏观观察、金相分析、组织分析后认为,材料中的Al_(2)O_(3)夹杂物及偏析是导致分层缺陷的主要原因。采取了降低转炉终点氧含量、优化钢包顶渣改质工艺、全程保护浇铸、确定拉速为(1.55±0.05) m/min、确定过热度为(25±5)℃等措施后,夹杂缺陷返修率为零,材料中未发现明显偏析。

连铸板坯标识残留缺陷的改善

针对热轧钢卷边部的毛刺缺陷问题,分析认为是由于热轧加热工艺调整造成板坯喷印标识覆盖部位的氧化铁皮去除不净,残留在热轧钢卷边部导致。通过调整喷印丝材质,在保证现有板坯标识清晰度和附着力的前提下,较好地解决了标识覆盖部位的氧化铁皮残留问题,有效地改善了热轧钢卷边部质量。特别是采用改进后的合金喷印丝,轧后热卷边部无毛刺缺陷的比例可以达到98%以上。

连铸智能浇铸工艺模型研究

智能浇铸技术在连铸生产中已开始推广与应用,为了减少生产事故、稳定铸坯质量,实现让操作人员远离浇钢现场安全生产,针对非稳态浇铸过程,结合操作经验,开发和优化了智能浇铸工艺模型。重点就中间包自动开浇模型、浸入式水口一键快换模型、浇铸异常自动处置模型等关键技术进行了研究和应用,介绍了这三种模型原理、应用以及效果。通过上述模型研究与实践,中间包自动开浇成功率达到95%以上,自动更换水口成功率达100%,换水口异常铸坯缺陷降级率降低52%,浇铸异常自动处置使人员现场值守时间减少50%,劳动效率提高约10%,促进了生产过程智能化和铸坯质量稳定化。

铝脱氧钢中Al_(2)O_(3)夹杂物与Al_(2)O_(3)-C质水口耐材的粘附机理研究

铝脱氧钢连铸过程中的水口堵塞一直是困扰生产的难题,弄清水口堵塞的形成机理对解决该问题非常重要。研究首先在实验室制备了含有单一、量多的Al_(2)O_(3)夹杂物的钢液,然后与Al_(2)O_(3)-C质耐材棒反应不同时间,研究了钢中Al_(2)O_(3)夹杂物与耐材棒的粘附行为,在此基础上探讨了铝脱氧钢连铸过程水口堵塞的形成机理。研究发现,耐材棒与钢液反应一段时间后,在耐材棒表面由内向外逐渐形成两层Al_(2)O_(3),第1层致密平滑,厚度较薄;第2层松散粗糙,厚度较厚。水口堵塞的形成机理为,耐材插入钢液一段时间内,因温度升高,耐材表面区域的SiO_(2)、Al_(2)O_(3)与C反应生成的SiO、Al_(2)O气体向钢液扩散,在耐材表面分别与钢液中的[Al]、耐材中的SiO_(2)反应生成Al_(2)O_(3);耐材棒表面的SiO_(2)也会与钢液中的[Al]反应生成Al_(2)O_(3);三者共同作用形成第1层致密的Al_(2)O_(3)。第1层Al_(2)O_(3)层形成后,钢液中的Al_(2)O_(3)夹杂物易于在其上面附着,形成第2层松散的Al_(2)O_(3)。随着时间的延长,Al_(2)O_(3)层变厚,水口堵塞逐渐形成。第1层Al_(2)O_(3)形成机理以化学反应为主,增长缓慢;第2层以钢中夹杂物粘附为主,增长较快。

特厚板连铸七辊大压下扇形段辊缝控制模型

针对某特厚板连铸的七辊大压下扇形段,根据其结构特点及机架上框架、扇形段内外弧辊与夹紧油缸之间的关系,并通过数学公式推导,建立了辊缝调整的控制模型。该模型通过控制大压下扇形段的每个夹紧缸的位移量,实现扇形段入口、出口辊缝值的精确控制。利用该模型对三种不同工况的铸坯进行重压下实验,按照预先设定好的压下量及压下速率精确控制每个扇形段的动作过程,结果表明,铸坯中心疏松及缩孔明显减少,大大改善了铸坯质量。

板坯宽度方向非均匀冷却条件下凝固模拟

利用多物理场仿真软件COMSOL模拟板坯连铸宽度方向非均匀冷却状态下的凝固过程的数值模拟。通过将各冷却区设定的铸坯表面目标温度作为约束条件代入傅里叶传热微分方程,反向推算板坯内弧表面中线上各冷却区的换热系数。在此基础上,根据二冷区喷嘴的布置及喷嘴喷雾分布试验数据将该换热边界条件沿铸坯宽度方向进行拓展,计算出板坯从MD弯月面开始到最末扇形段出口的整个铸流区间的3D温度场。通过该方法可模拟出相同冷却条件下不同铸坯宽度在厚度中性层剖面两相区区间范围的区别,并且也可以清晰地反映出喷嘴的布置对铸坯表面温度及凝固终点的影响,从而为生产中的凝固末端压下策略和喷嘴布置的设计提供有力的数据支撑。

250 mm×250 mm轴承钢大方坯压下工艺优化及质量提升

建立了250 mm×250 mm轴承钢大方坯的凝固传热模型,并根据凝固平方根定律验证了模型的准确性。讨论了拉速和过热度对凝固终点的影响,并制定新的压下制度。运用不同压下制度进行了工业试验,试验结果表明:优化后的压下制度基本消除大方坯的中心缩孔,使得中心偏析比由1.1降低至1.0,同时使得V形偏析线上最高碳含量由1.391%降至1.184%,V形偏析线上和非偏析线上的平均碳含量极差由0.113%降至0.07%。

45CrNiMoV钢铸坯的高温塑性研究及应用

采用Gleeble-3800热模拟试验机对45CrNiMoV钢铸坯在600~1 300℃温度范围内进行高温力学性能试验,同时利用光学显微镜、扫描电镜对基体组织和断口形貌进行观察和分析,得出不同温度区间的断裂机理。结果表明:在1×10^(-3)s^(-1)的应变速率下,45CrNiMoV钢铸坯第Ⅰ高温脆性区为1 143~1 300℃,试样断口平齐光滑,为脆性断裂;高温塑性区为889~1 143℃,断口具有明显韧窝特征,为韧性断裂;第Ⅲ低温脆性区为600~889℃,断口属于典型的沿晶脆性断裂。根据高温力学性能研究结果,将连铸坯矫直温度控制在高温塑性区时,铸坯无表面和中心裂纹等缺陷,铸坯质量良好。

板坯连铸机中间包内钢液流动的物理模拟研究

依据相似原理,建立包钢双流板坯连铸机中间包几何相似比为1∶4的物理模型,采用物理模拟的方法研究控流装置对中间包内钢液流动状态的影响。结果表明,板坯中间包采用优化的控流装置,中间包内钢液的峰值时间和平均停留时间增加,中间包内钢液的死区体积降低,钢液的峰值时间增加比率为240.98%,钢液的平均停留时间增加比率为2.37%,死区体积减少了7.56%,优化了中间包内钢液的流动状态,促进夹杂物在中间包内碰撞、聚集、上浮、去除,保证了钢液的洁净度。

合金冷墩钢10B21钢水流动性生产实践研究

针对安钢合金冷墩钢10B21因钢水流动性差造成生产事故,分析了水口堵塞原因,并提出了改进措施,通过提高转炉终点碳、降低转炉冶炼后期点吹比例、控制转炉下渣量、优化精炼操作等措施,钢水的流动性明显改善,生产事故大幅度降低。

汽车用IF钢连铸坯第Ⅲ脆性区及其形成机理分析

探明连铸坯第Ⅲ脆性区及其形成机理对避免铸坯裂纹的产生、有效调控铸坯性能具有重要指导作用。采用Gleeble热/力模拟试验机对汽车用IF钢铸坯的高温力学性能进行了试验研究,结合热膨胀测试及组织分析手段,探究了IF钢铸坯第Ⅲ脆性区的形成机理。结果表明:IF钢的高温热塑性较优异,第Ⅲ脆性区温度范围为850~950℃,二冷低延性区为875~925℃,1250℃以上抗拉强度和屈服强度分别低于30 MPa和20 MPa,从变形和受力两个角度综合考虑,矫直区温度应控制在950~1250℃。第二相含量在950℃左右达到最高,大量微米级的TiN和少量TiN与MnS复合第二相会导致热塑性下降。950℃以下大量微米级第二相、A_(e3)温度附近形变诱导铁素体以及A_(ff)~A_(r3)温度范围内奥氏体分解的共同作用是导致IF钢连铸坯第Ⅲ脆性区形成的根本原因,不同冷速下IF钢铸坯二冷低延性区的温度范围与T_(α)^(40%)(C_(R))~A_(e3)基本一致。

铁素体不锈钢430连续铸造板坯成形合理工艺参数的研究

目的以某钢厂板厚为180~220 mm的铁素体不锈钢430连铸板坯为对象,研究合理的板坯连铸工艺参数,以提高不锈钢430连铸坯的等轴晶率,强化铸坯质量。方法通过高温拉伸试验、结晶器凝固冷却温度分析以及电磁搅拌磁感应强度模拟,探讨了液体加热温度、结晶器冷却水参数及电磁搅拌参数等工艺参数对连铸坯质量的影响规律。结果高温拉伸试验结果表明,430不锈钢在不同温度下的应力-应变曲线都是典型的塑性拉伸曲线,当温度超过1000℃后,抗拉强度显著减小;在结晶器宽面水量3400 L/min、窄面水量400 L/min的参数条件下,结晶器宽面及窄面铜板温度均匀,满足铸坯成形要求;在扇形1段第6^(#)和7^(#)辊位并列增加电磁搅拌辊后,430不锈钢铸坯电磁场分布合理且铸坯中心磁感应强度最大,为0.104 T,平均磁感应强度为0.09 T,显著提升了液相穴内钢水的流动性。结论在结晶器宽面水量为3400 L/min、窄面水量为400 L/min条件下,在连铸机扇形1段第6^(#)和7^(#)辊位并列增加电磁搅拌辊后,对430不锈钢进行连续铸造工业试验,铁素体不锈钢430板坯等轴晶率达到62.5%,裂纹发生率降低。

拉速和吹氩量对板坯结晶器内气液两相流动的影响

通过水力学模型和数值模拟的方法,分析了拉速和吹氩量对结晶器内气泡分布和流场的影响。结果表明,拉速由1.0 m/min增加到1.4 m/min,结晶器内气泡直径不均匀度由0.73降低到0.64,气泡直径分布更均匀,上表面钢液最大速度由0.09 m/s增加到0.16 m/s;吹氩量由4.0 L/min增加到8.0 L/min,结晶器内气泡直径不均匀度由0.59增加到0.72,气泡直径分布的不均匀性增大,上表面钢液最大速度由0.14 m/s降低到0.09 m/s。在水口浸入深度为150 mm条件下,较好的工艺方案为拉速1.2 m/min,吹氩量4.0 L/min,研究结果可以为优化工艺参数、提高铸坯质量提供理论依据。

高压蒸汽室铸钢件砂型铸造工艺模拟研究

基于高压蒸汽室铸钢件的结构特点和铸造工艺要求,设计了该铸钢件的砂型铸造初步方案,并采用ProCAST软件进行了充型和凝固收缩数值模拟研究。结果表明:充型过程平稳,未出现浇不足现象,但在蒸汽室底座厚大部位、蒸汽室顶部凸台处出现了大体积缩孔,同时铸件中产生了分散的缩松缺陷。结合模拟结果,对缺陷部位增加了冒口和冷铁,改进后的模拟结果良好,没有缩孔缺陷。

基于物联网技术的钢铁行业备件库方案研究

钢铁行业备件库是一种适应于备件尺寸重量差异大、备件保存环境差异大等特殊要求的立体仓库,研究该备件库的目的在于解决现有通用立体厂库方案与钢铁行业的特殊性不匹配的问题,通过物联网技术实现出入库备件智能识别。设计两端出入库的方案模式,提高立库效率;依托标准建模语言IEC-61499和自动化平台,研究开放自动化平台软硬件解耦。

Fe-3%Si平面流铸带平整轧制退火过程中组织织构演变

采用平面流铸技术制备了Fe-3%Si无取向硅钢极薄带,研究了平面流铸Fe-3%Si薄带平整轧制与退火处理的组织织构演变规律。结果表明,平面流铸带具有大比率的柱状晶组织,{100}取向晶粒占比高于30%,也即存在对磁性能有益的{100}织构。小压下率冷轧平整过程中,晶粒取向变化及晶内取向分裂程度整体不高,形变行为存在取向依赖性。{100}取向晶粒形变储能积累程度相对较低,经退火处理后该组分体现出遗传优势,在退火组织中占比仍超过30%。退火组织中小尺寸晶粒有所增加,且绝大部分小尺寸晶粒偏离{100}取向,这导致了退火组织平均晶粒尺寸降低,并在一定程度上弱化{100}织构。

旋流场中夹杂物运动行为的数值模拟

在冶金过程中,离心中间包、旋流水口通过旋转钢液使夹杂物聚集,进而去除钢液中夹杂物.为研究夹杂物在旋流场中的聚集机理,建立了基于Eulerian-Lagrangian法的颗粒运动模型,对旋流场中单个夹杂物颗粒的运动行为进行数值模拟.结果表明:在各力及惯性的作用下,旋流场中夹杂物的运动存在稳定的平衡轨道;夹杂物粒径为50,100μm时,其Stokes数远小于1,夹杂物紧随钢液运动;夹杂物粒径为200,500μm时,粒径越大,平衡轨道半径r_(e)越小;当夹杂物与钢液的密度比ρp/ρ由0.63分别降至0.55,0.47,0.38时,r_(e)分别相对减小46.5%,33.3%,2.23%;在旋流转速为5.24~11.51 rad/s的条件下,旋流转速每提高2.09 rad/s,r_(e)分别相对减小1.30%,2.35%,27.2%.

150 t单水口钢包出钢过程汇流旋涡影响因素研究

钢包浇注末期,钢液在科氏力和自身初始状态的作用下会产生汇流旋涡,其成为控制钢包下渣和提高钢水收得率的瓶颈问题。以某钢厂150 t单水口钢包为原型,基于相似原理,制作了相似比为1∶3.5的钢包物理模型,首先探究了水口偏心率对浇注末期汇流旋涡的影响程度与机制,获得了适宜的水口位置后研究了钢包静置时间、阻旋装置、底搅拌工艺等控流措施对偏心率为0.83的钢包汇流旋涡的作用效果。结果表明,让钢包内形成非对称流场可以抑制旋涡的发展。当钢包静置时间小于45 min时,旋涡产生和贯通高度随静置时间的延长变化不明显;但当静置时间超过45 min时,旋涡起旋高度明显增加、贯通高度明显降低。另外,在此偏心率下,设置阻旋装置和增添底吹搅拌操作均不能抑制旋涡,但在旋涡起旋时短暂关闭水口会延缓旋涡的进一步发展。

高钛钢连铸保护渣对Al_(2)O_(3)夹杂物吸收性的研究

针对高钛钢连铸保护渣钢渣反应及吸收夹杂物的变性问题,采用热力学计算、保护渣性能测试和旋转柱法等方法,对高钛钢钢液内夹杂物的生成种类和不同温度下的生成量进行了计算,根据夹杂物的生成情况对比了传统CaO-SiO_(2)系和新开发的低反应性BaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-TiO_(2)系保护渣吸收夹杂物的性能变化,并对比了两种保护渣对夹杂物的吸收速率。热力学计算表明,研究的高钛钢中铝质量分数为0.03%、钛质量分数为0.40%,钢液中生成的夹杂物为Al_(2)O_(3),而实际生产中由于钢液局部成分差异可能有钛氧化物的生成;从保护渣吸收夹杂物前后的性能对比可知,两种保护渣的黏度和熔点均随其吸收Al_(2)O_(3)含量的增加而增加,但新开发的低反应性保护渣相对于CaO-SiO_(2)系渣的性能变化更小,其性能更稳定;由旋转柱试验可知,CaO-SiO_(2)系和BaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-TiO_(2)系保护渣对氧化铝棒的吸收速率分别在(8~12)×10^(-3) g/(cm^(2)·min)和(10~13)×10^(-3) g/(cm^(2)·min),后者对夹杂物的吸收能力更强。因此,新开发的BaO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)-TiO_(2)系低反应性保护渣有潜力用于更高钛含量的钢种浇铸。