浸入式水口结瘤机制及优化措施

在钢铁实际生产过程中,浸入式水口结瘤会对结晶器流场的稳定性产生严重影响。这种现象不仅影响了连铸过程的顺利进行,还可能导致结瘤物剥落,从而降低铸坯质量。阐述了浸入式水口结瘤机制的研究现状,从优化水口结构、优化水口材质、提高钢液洁净度以及施加外部电场共4个方面总结了防止浸入式水口结瘤的措施,并对浸入式水口防结瘤未来的研究方向进行了展望。

炼铜用耐火材料研究进展

炼铜工艺的稳定顺行离不开耐火材料的有力支撑。本文概述了炼铜工艺及其所需的耐火材料,说明了炼铜炉不同部位耐火材料的主要类型、性能特点和制备工艺,重点介绍了炼铜过程中常用镁铬质耐火材料、镁铝质耐火材料和其他新型耐火材料。随着材料科学的不断发展和环保要求的不断提高,研究者针对镁铬质耐火材料的性能优化和带来的环境问题、镁铝质耐火材料的材料特性和渣蚀问题,以及其他新型耐火材料的性能调控问题等开展了系统研究,为炼铜工艺技术的不断优化提供了有力支持。尽管炼铜用耐火材料在服役性能方面的研究已取得显著进展,但仍面临应用成本高、对环境不够友好、新材料制备与开发困难等问题。基于此,提出下一步耐火材料性能提升和节能环保的研究方向。

高合金钢中氮含量控制分析

结合某钢厂高合金钢的实际生产情况,分析了精炼过程、连铸生产各个工序环节钢水含氮量的变化规律。通过现场各工序取样分析,研究各工序增氮的主要原因,提出改进建议并进行工业试验,为生产高品质的高合金钢在控氮方面给予指导意见。

低碳含硼钢方坯表面淬火工艺及组织演变

利用建立的淬火-自回火过程传热模型开展了铸坯表面淬火试验研究,分析了淬火后铸坯表层组织的演变规律以及相应组织的形成条件。结果表明:表面淬火可以有效消除铸坯表层组织中的膜状铁素体,形成一定的淬透深度。在40~60 s的淬火时间内,淬透深度从8 mm提高到10 mm;在60~100 s的淬火时间内,淬透深度基本保持在10 mm左右。在显微组织分析的基础上,结合铸坯表层区域传热分析,给出了低碳含硼钢的两种在线表面淬火工艺方案,其预期表层组织分别为贝氏体(弱冷方案)与回火索氏体(强冷方案)。对于弱冷方案,淬透深度为4~5 mm;对于强冷方案,淬透深度可达到10 mm左右。

82B铸坯拉速的优化及其对碳偏析的影响

以82B盘条的连铸生产为研究对象,采用ProCast商业软件根据实际生产的工艺参数建立铸坯的凝固传热模型,并利用射钉试验对模型进行校正以提高模型的准确性。在末搅位置无法前移的前提下,将拉速由1.2 m/min提高到1.4 m/min,铸坯中心C偏析由1.33降低至1.10。

φ300 mm连铸坯的表面缺陷及其预防

45、40Cr和60Mn钢φ300 mm连铸坯表面出现渣沟、气孔等缺陷。采用扫描电镜、能谱仪以及贺利氏定氢、定氧仪分析了缺陷的特征和产生机制。研究发现:连铸坯气孔的产生主要是钢水中的氢含量过高所致。采取了增加真空循环脱气工序、改变入炉料结构、烘烤合金及原材料等措施,有效遏制了渣沟、气孔缺陷,改善了连铸坯的表面质量。

含铌钢HRB400Nb 180mm×180mm铸坯角部裂纹分析及改进工艺

通过对含铌钢HRB400Nb 180mm×180mm连铸坯产生的角部裂纹进行研究分析,结果表明,由于连铸冷却工艺、钢水氮含量和结晶器保护渣工艺控制不当易导致含铌钢铸坯角部沿晶开裂。通过工艺改进钢液氮含量由原(67~98)×10^-6降至(40-55)×10^-6,结晶器角部圆弧半径由8mm调整为12mm,结晶器冷却水量由150m^3/h降至120m^3/h,二冷比水量由1.35L/kg降至1.1L/kg,二冷分配比由26:48:17:9调整为36:34:19:11,保护渣碱度由0.65调整为0.82、粘度由1.3pa·s调整为0.69pa·s、熔点由1260℃调整为1150℃等,有效解决了铸坯表面角部裂纹缺陷,保证了轧材的产品质量。

合金元素对低合金结构钢耐蚀性能影响规律的研究进展

合金化调控是提高低合金结构钢耐蚀性的有效手段,不同种类的合金元素对钢材的耐蚀性的影响规律不同。为了探寻提高钢材耐蚀性能的有效方法,系统总结了合金元素在钢中的分布规律,及其对钢材耐蚀性的影响机制与规律,并展望了我国新一代耐蚀钢的调控研究方向,期望能为我国低合金结构钢耐蚀性调控理论的发展及新一代耐蚀低合金钢的研发提供理论参考。

120t BOF-LF-180mm×180mm坯连铸-连轧流程生产易切削钢1215工艺实践

成功开发了1215易切削钢120 t转炉-120 t LF-180mm×180mm连铸-高线轧制生产工艺。关键控制点为:转炉出钢C<0.05%、转炉终点温度1630~1660℃、精炼自由氧控制目标50×10^-6~55×10^-6,炉渣二元碱度2.5~3.0。设计成分(/%)为:0.05~0.07C,1.20~1.35Mn、0.340~0.360S,该工艺条件下钢中硫化物形貌和含量控制合理,Mn/S有利于易切削钢的轧制和改善切削性能。钢水的过热度按25~40℃控制,拉速1.2 m/min。实践表明,准确预判终点氧含量以确定脱氧剂加入量,合理控制不同工序的氧含量是达到线材产品质量稳定的关键。

SWRCH35K冷镦开裂原因分析及控制措施

SWRCH35K钢规格Φ6.5mm盘条在生产标准件过程中出现冷镦开裂现象,通过对开裂部位高倍及扫描电镜检测分析,并对夹杂物进行能谱分析,发现造成Φ6.5mm规格盘条开裂的主要原因是内部夹杂,夹杂物的主要成分为保护渣。通过结晶器自动加渣和开浇的自动液面稳定、浸入式水口插入深度等措施杜绝结晶器内卷渣,有效改善冷镦开裂现象。

五流中间包流场数值模拟与结构优化

为优化中间包内钢液流动特性、提高钢坯质量,本文利用CFD开源软件OpenFOAMv8,对5流中间包钢液流场进行了数值模拟。利用水模型实验对数学模型进行验证,结果表明死区比例误差不到2%。对原型中间包流场进行分析,发现2#、3#出流口存在钢液短路现象,死区比例为12.77%,有必要对中间包结构进行优化。根据流场分析,拟通过增加挡坝、调整2个导流孔孔径与仰角等措施改善流场特性。通过对比9种导流孔方案下钢液流动特性参数的数值模拟结果,得到其优化方案为:在3#、4#出流口中间增设挡坝,导流孔B、C内径扩大至200 mm,导流孔B仰角增大至30˚。结果表明:结构优化后的中间包内流场的死区比例可降低至2%左右。

高碳磨球钢连铸保护渣性能优化

对TL-3铸坯保护渣的碱度、熔点与粘度等物化性能进行优化,将保护渣的碱度(CaO/SiO2)由0.82升高至0.94,熔点由1085℃增加至1111℃,1300℃的粘度由0.57 Pa·s减小至0.26 Pa·s,能够有效的改善保护渣的传热与润滑的性能,最终达到改善铸坯表面质量的目的。

高碳磨球钢中Ds类夹杂物的形成机理及工业控制

Ds类非金属夹杂物尺寸大、延展性差,严重影响TL-1D磨球钢疲劳寿命等关键性能指标。对某企业TL-1D磨球钢进行全流程取样分析,结果表明该企业此钢种Ds类非金属夹杂物超标,且该钢种中的Ds类非金属夹杂物主要为Al_(2)O_(3)-CaO-MgO-CaS,在LF精炼钙处理后大量出现。总结出Ds类夹杂物形成机理为,首先以Al_(2)O_(3)为中心开始形核,之后其与钢液中[Mg]和[Ca]结合并长大形成CaO-Al_(2)O_(3)-MgO球状夹杂物,最后球状夹杂物外层与CaS结合形成Al_(2)O_(3)-CaO-MgO-CaS包裹体。工业试验结果证实,钙处理不利于TL-1D钢中Ds类非金属夹杂物的控制,会造成夹杂物尺寸增大,由此提出在TL-1D磨球钢生产精炼环节进行非钙处理的生产工艺方案。试验结果表明,钢液中钙含量处于饱和状态,优化后精炼渣成分趋于液相区,提升了精炼环节精炼渣系对夹杂物的软熔吸附性能,提高了Ds类非金属夹杂物上浮至渣层时的吸附去除率,最终使连铸坯的初检合格率由95.4%提高至97.0%。研究结果对磨球钢工业生产具有参考价值。

水泥含量对轻烧刚玉-尖晶石质钢包透气砖性能和微观结构的影响

铝酸钙水泥含量及热处理温度是影响轻烧透气砖中低温强度性能和抗热震性的2个主要因素。研究了热处理温度(110~1600℃)和水泥含量(1%~9%,质量分数)对刚玉-尖晶石质浇注料的显微结构、物相组成、抗折强度、耐压强度、高温抗折强度和抗热震性的影响。结果表明:随着水泥含量的增加,110~1000℃烧成试样的抗折强度和耐压强度增加;1400和1600℃烧成试样的抗折强度和耐压强度先增加后减小。当水泥质量分数为5%时,试样的抗折强度和耐压强度最高。经1600℃热处理后,随水泥加入量的增加,试样的高温抗折强度先增加后减小(质量分数为5%时最优),试样的抗热震性得到改善。当水泥质量分数为7%时,试样的抗热震性最优。因此,刚玉-尖晶石轻烧透气砖的适宜水泥加入质量分数为5%~7%。

连铸工艺参数对40Cr圆坯碳偏析的影响

为降低直径为900 mm的40Cr连铸圆坯的碳偏析,提高钢材的性能与产品质量,从优化圆坯连铸工艺参数角度出发,分析了过热度、拉速、二冷强度以及电磁搅拌对铸坯碳偏析的影响。结果表明,当过热度控制在25~35℃范围内,拉速为0.75~0.85 m/min,二冷比水量为0.30 L/kg时,有利于改善铸坯碳偏析情况。对结晶器电磁搅拌以及末端电磁搅拌的参数测试分析得出,当结晶器和末端电磁搅拌电流以及频率参数分别设为180 A/3 Hz以及400 A/8 Hz时,铸坯碳偏析情况明显改善。采用优化后的连铸工艺参数进行生产试验,对20炉次对应的棒材横截面碳偏析情况进行跟踪测试,结果显示,碳偏析指数极差由优化前的0.07%~0.08%下降到0.04%以下。

浸入式水口对82B钢方坯渣沟缺陷的影响

为了解决82B钢连铸坯表面出现渣沟的问题,以提高钢渣界面温度、改善保护渣的熔化与润滑效果为出发点,对连铸现场180mm×180mm小方坯结晶器建立三维数学模型,对比施加电磁搅拌工艺不同直通型浸入式水口下结晶器内流场和温度场分布。计算结果表明,当水口内/外径由40/100mm变为30/70mm后,水口两侧流速大于0.15m/s的流场区域扩大,水平截面环流最大流速由0.44m/s降低至0.42m/s,这表明流股对四周壁面的冲刷作用减弱;钢液面最大流速由0.12m/s增大至0.15m/s,高温区域范围扩大。综合效果显示,水口内外径减小对结晶器内的流场影响较小,钢渣界面附近钢液温度提高。现场试验统计表明,水口内外径减小后,保护渣消耗量由吨钢0.189kg提高到0.228kg,钢液面处保护渣的熔化良好,润滑效果得到了改善。配合保护渣优化等措施,铸坯表面渣沟发生率明显下降,由改进前的40%~50%降低到改进后的1%以内。

QD08钢中Ds类夹杂物形成原因及控制

QD08钢因其特殊的工作环境,要求具有较高的抗疲劳特性,而Ds类夹杂物是削弱QD08钢抗疲劳性能的主要原因。为了探究Ds类夹杂物的形成原因及调控方法,解决Ds类夹杂物超标问题,对该钢种炼钢-精炼-连铸全流程进行取样分析。分析结果表明,影响QD08钢疲劳性能的Ds类夹杂物主要成分为CaS-Al_(2)O_(3)-MgO-CaO,其尺寸在15~30μm范围内波动,主要在LF精炼钙处理操作后开始出现。QD08钢中Ds类夹杂物是以钙镁铝酸盐为核心骨架,外围包裹CaS而形成的。结合夹杂物的成分分布,确定了钢中钙含量高不利于QD08钢中Ds类夹杂物的控制,被改性后的夹杂物熔点低,与钢液润湿性强而难以穿过钢渣界面进入到渣中,且夹杂物在钢液中易聚合长大,造成夹杂物尺寸的增加,为Ds类夹杂物的形成提供了条件。提出在精炼环节采用高氧化钙溶解度精炼渣和微钙处理工艺优化方案,并进行了工业验证试验。通过微钙处理保证了必要的夹杂物改性,可防止水口结瘤,配合减小中间包液面的波动,控制合适的拉坯速度,可避免钢包下渣和卷渣现象的发生。控制更多的夹杂物成分分布在非液相区,抑制了夹杂物的碰撞长大,使得Ds类夹杂物等级降低。试验结果表明,QD08钢中影响其疲劳性能的Ds类夹杂物得到了控制,初检合格率由93.6%提高至98.0%,为企业带来了直接的经济利益。

气幕挡墙对中间包流场和夹杂物去除的影响

为了减轻高钛含量下钢水连铸过程夹杂物产生的不利影响,建立了中间包流场、夹杂物运动及去除模型,考虑了气泡对夹杂物的吸附,重点研究了气幕挡墙及其安装位置对流场和夹杂物的影响。结果表明,小粒径颗粒在钢水带动下跟随性好,且自身浮力小,在无吹气情况下,1~10μm粒径的夹杂物去除率较低。当吹气流量为5L/min时,Al_(2)O_(3)和TiN夹杂物的去除率均明显提高,在粒径范围1~10μm内,Al2O3的去除率为21.7%~34.6%,TiN的去除率为22.7%~33.14%。当气幕挡墙位于湍流抑制器和上挡墙之间时,由于钢液形成的回流速度大,夹杂物和气泡碰撞的概率增加,进而被气泡捕获的概率增加,更有利于夹杂物的去除。本研究为高钛钢连铸过程夹杂物去除提供了理论指导。

PMO对42CrMoA钢ø300 mm圆坯枝晶组织的影响

枝晶形貌是影响铸坯元素分布、缩孔缩松及性能的重要因素,细化枝晶能够有效提高铸坯质量。研究了PMO处理对42CrMoA钢ø300 mm连铸圆坯枝晶形貌的影响。研究发现,PMO处理坯的柱状枝晶生长方向发生偏转,枝晶臂间距明显减小,其中一次枝晶臂间距减小率为10%~35%,二次枝晶臂间距减小率为25%~35%。分析认为,PMO造成凝固前沿热流方向及溶质场变化,导致枝晶重新竞争生长,因此一次枝晶生长方向发生改变,且一次枝晶臂间距减小。另外,PMO在铸坯凝固前沿形成感生电流,固液相电导率差异造成枝晶尖端电流聚集,进而导致曲率半径增大,降低了细枝晶的溶解速率,抑制了二次枝晶的熟化过程,因此二次枝晶臂间距减小。研究结果为今后利用PMO改善铸坯枝晶组织提供了指导。

不同湍流模型在中间包钢液流动数值模拟中的适用性研究

连铸中间包内部结构复杂,钢液流动状态多样,详尽准确的钢液流场信息是中间包控制和优化的前提。数值模拟方法已广泛应用于中间包内钢液流场研究,钢液流场的精确数值模拟离不开合适的湍流模型及相应的边界条件。基于CFD开源代码包OpenFOAM v8,分别应用标准k-ε模型、RNG k-ε模型、SST k-ω模型3种湍流模型,对称面边界、自由滑移边界2种液面边界条件,对中间包流场进行了数值模拟。通过与文献中实验结果比较,发现采用SST k-ω模型可以成功预测RTD曲线的“双峰”,且响应时间、峰值时间与实验结果较为接近;应用SST k-ω模型时,将液面边界类型由自由滑移改为对称面,获得的示踪剂响应时间的误差由93.89%降低至8.35%以下,峰值时间的误差由100.78%降低至12.32%左右。因此,SST k-ω模型、对称面液面边界可以较好地描述中间包内钢液流动过程。