我国转炉炼钢的现状和发展

2003年我国转炉钢产量已接近1.9亿t,占我国钢产量的85.2%,约占世界转炉钢的25%。50～300t转炉由2001年的75座增至2003年的134座,工艺技术进一步优化。我国转炉冶炼新钢种和优质钢种增长迅速,其中包括低合金、耐候钢、TRIP(相变诱发塑性)钢以及合金结构钢、齿轮钢、轴承钢、锅炉用钢等特殊钢。今后转炉钢的增长主要是对条件较好转炉钢厂挖潜改造,进一步提高装备水平、扩大品种、提高质量以及降低消耗,改善环境。

板坯连铸机二次冷却系统的仿真分析及优化设计

应用通用的板坯连铸浇注过程静态仿真软件CCPS OFFLINE,对某钢厂板坯连铸机的二次冷却系统进行了数值仿真。结合仿真结果对该铸机现有二冷系统存在的问题进行了分析。基于制定的目标表面温度,采用仿真软件中的二冷水量优化模块,在具体的工艺参数条件下进行了二次冷却水量的优化设计。仿真分析及优化设计结果对于该铸机二次冷却系统的改进具有较好的理论指导意义,可广泛应用于板坯连铸机二冷系统的设计工作中。

板坯结晶器液压振动同步控制模型的优化设计

针对应用于板坯连铸结晶器液压振动的正弦波形和二阶三角级数非正弦波形,根据保护渣消耗量、振痕深度、振动加速度等限制性因素,以负滑脱时间为基本参考量,建立了用于设计结晶器振动同步控制模型的规划求解数学模型,并通过计算获得了各类钢种对应的优化的同步控制模型。基于该优化控制模型,对与铸坯质量紧密相关的几个重要的振动工艺参数进行了计算。结果表明,优化的结晶器振动同步控制模型具有较好的合理性,在浇铸工艺参数(拉速)发生变化时,其相应的振动工艺参数变化较为稳定,这对于铸坯质量具有良好的冶金效果。

板坯连铸结晶器铜板温度场有限元仿真研究

采用MSC.Marc 2005r2有限元分析软件,基于某钢厂板坯连铸结晶器铜板冷却参数的优化改造,对优化前后的宽面铜板温度场进行了二维数值仿真研究,并结合仿真计算结果,讨论了铜板冷却参数对其温度场的影响效果,为结晶器铜板冷却参数(包括水槽几何结构和冷却水量)的优化设计提供了有力的分析工具。

基于枝晶粗化和反向扩散的二元合金微观偏析数学模型

基于典型微观控制单元体(通常指二次枝晶臂间距半长)内的溶质质量守恒关系,建立了适用于枝晶凝固方式的二元共晶/包晶合金微观偏析半解析数学模型,模型中充分考虑了固相反向扩散和枝晶结构粗化对液相溶质浓度的稀释效果。在引入适当的假设条件下,通过严格的数学推导,获得了模型的完整核心控制方程。在推导过程中应用了标准的粗化模型、二次方形式的固相溶质浓度分布以及抛物线固相生长方式等重要假设。其中,采用精度较高的四阶经典龙格—库塔数值微分方法,并结合具体的冷却条件,对模型的常微分核心控制方程进行数值计算。为验证所建微观偏析模型的合理性和适用性,本文针对Al-4.9%Cu二元共晶合金进行了模型研究,通过将本模型的计算结果与已有的实验测试数据以及其它特点各异的微观偏析半解析数学模型的预测结果进行对比分析,表明本文所建立的微观偏析半解析数学模型具有相对较高的预测精度和能力,其预测结果最为接近于实测值。

板坯连铸浇注过程通用仿真分析软件的开发与应用

基于考虑全面的铸坯传热凝固模型和有限差分数值方法,开发了CISDI板坯连铸浇注过程通用仿真分析软件CCPS OFFLINE。该软件内嵌一维传热和二维传热两大计算模块,包含正向仿真预测、二冷水量优化、二冷回归分析、结晶器振动参数计算和切割定尺计算等重要功能模块。软件具有强大的计算功能,能获得包含铸坯温度场分布状况、铸坯应变分布情况、铸坯凝固生长规律、铸坯热流散失情况、轻压下控制工艺参数、结晶器窄面锥度、铸流锥度、板坯质量缺陷判断以及钢种两相区凝固特性等与板坯连铸浇注过程密切相关的冶金信息。软件具有较好的适用性和通用性,已成功应用于多台板坯连铸机的工程设计实践之中。

连铸板坯高温力学性能参数的试验研究

应用Gleeble500D热模拟试验机,以某钢厂四号板坯连铸机上生产的AH36钢板坯为对象,对其高温力学性能参数进行了试验研究,包括弹性极限、屈服强度、高温强度极限、断面收缩率、应力应变曲线、弹性模量、硬化系数、零强度温度和零韧带温度,为连铸板坯凝固传热-应力应变耦合数学模型的建立提供了重要的理论依据。

碳钢实际固相线温度的理论预测及回归分析

基于多元合金两相区凝固计算仿真软件MAMSV1.0,针对多种溶质成分组成的碳钢,在通常的连铸板坯冷却条件下对其实际固相线温度进行了仿真计算,并根据理论预测结果按最小二乘法进行了回归分析,获得了碳钢实际固相线温度与主要溶质成分质量浓度之间的近似关系式,该回归计算式可以方便快捷地在板坯连铸浇注过程实时跟踪控制模型中加以耦合应用。

多元合金两相区凝固过程的数值仿真研究

基于微观枝晶计算域内的溶质质量守恒关系,推导出适用于枝晶凝固方式的二元合金微观偏析半解析数学模型,并根据简单加合原理对模型进行了多元化扩展,应用扩展后的微观偏析模型,针对浇注钢种(视为Fe-C多元合金)的两相区凝固过程进行了数值仿真计算,通过仿真获得了连铸凝固传热计算中所需要的钢种的非平衡凝固路径及实际固相线温度。研究结果表明,所建立的多元合金两相区凝固计算微观偏析数学模型及其仿真程序,具有较好的合理性和广泛的适用性,可以方便地在连铸过程静态及动态仿真计算中加以耦合运用。

仿真计算在板坯连铸机工程设计中的应用

针对板坯连铸机设计,采用数值仿真技术(基于板坯连铸浇铸过程静态仿真软件CCPS OFF-LINE)对二次冷却水量进行了优化计算,并对结晶器锥度、扇形段辊缝和铸坯应变分布等相关的重要工艺/结构参数进行了理论预测。部分研究成果已投入到某钢厂板坯连铸机的实际生产运用中,取得了较好的效果,并在其新建板坯连铸机的设计工作中进行了充分应用。

二元共晶/包晶合金系微观偏析半解析数学模型的研究

基于典型微观控制单元体(通常指二次枝晶臂间距半长)内的溶质质量守恒关系,建立了适用于枝晶凝固方式的二元共晶/包晶合金微观偏析半解析数学模型,模型中充分考虑了固相反向扩散和枝晶结构粗化对液相溶质浓度的稀释效果。在引入适当的假设条件下,通过严格的数学推导,获得了模型的完整核心控制方程。在推导过程中应用了标准的粗化模型、二次方形式的固相溶质浓度分布以及抛物线固相生长方式等重要假设。其中,采用精度较高的四阶经典龙格-库塔数值微分方法,并结合具体的冷却条件,对模型的常微分核心控制方程来进行数值计算。为验证所建微观偏析模型的合理性和适用性,针对Al-4.9wt%Cu二元共晶合金进行模拟研究,通过将模型的计算结果与已有的实验测试数据以及其它特点各异的微观偏析半解析数学模型的预测结果进行对比分析,表明建立的微观偏析半解析数学模型具有相对较高的预测精度和能力,其预测结果最为接近于实测值。

板坯连铸机轻压下扇形段的设计特点

讨论了两种针对轻压下技术的合理应用而开发的板坯连铸机扇形段,即由意大利Danieli DavyDastington(DDD)公司所开发的OPTIMUM扇形段和由德国SMS Demag(SMSD)公司所开发的CY-BERLINK扇形段,对其设计特点和工作原理进行了清晰地描述,为板坯连铸机建设工程提供了有效的设计依据,具有一定的实际指导意义。

AH36钢两相区非平衡凝固路径的数值预测

应用多元合金两相区凝固显微偏析数学模型,对AH36钢在一定冷却条件下的非平衡凝固路径进行了数值计算,获得了相应的局部固相分数与局部温度之间的变化关系,为该钢种对应的连铸浇铸过程仿真及其它凝固过程仿真提供了必要而准确的耦合数据,具有重要的理论意义和广泛的适用性。

方坯连铸二次冷却仿真通用软件的开发及应用

根据方坯连铸机的结构特点,基于沿拉坯方向上移动的有限薄片层思想,建立方坯连铸凝固传热数学模型,应用面向对象的编程语言Visual Basic6.0开发了方坯连铸二次冷却计算机仿真通用软件。方坯连铸二次冷却计算机仿真软件集连铸过程仿真计算、迭代反算二冷水量、水量公式回归、数据输入输出处理和图形处理于一体,使用方便,功能全面。在二冷技术研究、连铸生产和工程设计中具有广阔的应用前景。

耦合枝晶凝固微观特性的连铸宏观传输模型

在建立的连铸三维宏观传输数学模型中,对枝晶凝固微观结构参数的影响效果进行了充分地耦合研究。采用微观偏析半解析模型对浇铸钢种的非平衡凝固路径进行近似确定;采用复合理论方法对两相糊状区的渗透特性加以描述;在确定多孔介质的渗透率时,考虑了枝晶凝固模式的影响效果。应用该三维耦合模型,并结合早前建立的连铸二维传热模型,针对某钢厂方坯连铸机进行了复合数值模拟研究,且研究成果已投入到铸机的实际生产中。现场生产状况表明,仿真结果具有较好的合理性和实用性,说明耦合模型具有良好的仿真精度,可广泛应用于实际连铸过程的数值仿真研究中。