280mm×380mm铸坯结晶器内钢水凝固与传热仿真研究

通过CFX4.4商用软件对280 mm×380 mm连铸坯结晶器内70L钢水流动传热、凝固过程进行了数值模拟,评估浸入式水口结构对结晶器综合冶金效果的影响。结果表明,随两侧孔浸入式水口插入深度和倾角的增加,坯壳厚度由宽面中心到角部逐渐减薄,但厚度比较均匀,高温区面积随之增大,位置下移;拉坯速度增加,宽面到窄面的坯壳厚度均有明显减薄。

380mm×280mm大方坯连铸结晶器电磁搅拌的数值模拟

利用有限元分析软件,建立了380 mm×280 mm大方坯结晶器电磁搅拌的三维数学模型,系统研究了电磁搅拌工艺参数(电流250～500 A,频率1.5～3.0 Hz,结晶器铜板厚度34～40 mm)对结晶器内电磁场的分布影响。结果表明,结晶器内磁感应强度沿铸流轴向呈"两端小、中间大"分布;电流从350 A增大到500 A,搅拌器中心的磁感应强度呈线性递增;频率由1.5Hz增大到3.0Hz,搅拌器中心磁感应强度仅减小0.001 5 T;随着结晶器铜板厚度的增大,铸坯宽面、窄面和角部的磁感应强度都减小。在实际连铸U71Mn重轨钢中,电流应该维持在400 A以上。

U75V重轨钢280mm×380mm连铸坯加热工艺的试验研究

在钢厂利用Thermophil STOR测试系统(黑匣子)进行步进式加热炉内U75V重轨钢280 mm×380mm铸坯加热过程温度跟踪,并用Origin软件进行数据处理,得出铸坯加热温度、升温速度、表面与中心温差等曲线。结果表明,铸坯平均加热温度为1220℃,当在炉时间超过180 min,应降低均热段控制温度约20℃;炉内水梁对铸坯下表面温度影响较大,应控制均热段下部温度较上部温度高20℃;在目前加热工艺下,重轨铸坯出炉时内外温差(厚度方向)控制在20℃以内,铸坯温度在1 200℃以上,能满足重轨生产要求。

工艺因素对82B钢280mm×325mm铸坯凝固过程的影响

为模拟不同工艺条件下的连铸坯的凝固过程,采用有限元法模拟了82B钢连铸的凝固过程,获得280 mm×325 mm连铸坯的温度场。结果表明,随拉速从0.60 m/min增加到0.76 m/min,凝固时f_(s)=1处与f_(s)=0处皆后移,但中心凝固时间反而增加了9.8%。随过热度由15℃增加到50℃时,凝固末端f_(s)=1处同样后移,约后移1.1 m。根据模拟结果改进连铸工艺,当拉速从0.60 m/min增加到0.76 m/min,增加轻压下工艺可改善低倍质量.

SAE8640合金钢280 mm×325 mm连铸坯的高温力学性能

采用Gleeble 1500热模拟试验机对SAE8640钢280 mm×325 mm连铸坯(/%:0.41C,0.20Si,0.80Mn,0.005S,0.014P,0.46Cr,0.43Ni,0.21Mo,0.043Alt,0.001 10,0.005 4N)的550~1 200℃力学性能进行了测定,并应用扫描电镜观察了拉力试样的断口形貌。结果表明,SAE8640钢有明显的3个脆性区:Ⅰ脆性区>1 200℃,Ⅱ脆性区950~1 000℃,Ⅲ脆性区650~750;该钢950~1 000℃的断面收缩率为60%,拉伸断口为脆性河流状花样,应避免在该温度范围进行轧制,该钢650~750℃的断面收缩率≥65%,拉伸断口为韧性断裂,可满足连铸坯矫直时塑性的要求。

多孔水口对轴承钢280mm×325mm铸坯结晶器钢液流场和温度场的影响

采用数值模拟的方法对比分析了直通式、四孔式以及五孔式水口对GCr15轴承钢280 mm×325 mm坯连铸结晶器内钢液流场和温度场的影响。结果表明,当前常用的直通式水口对坯壳无冲刷,利于坯壳均匀生长,但钢液冲击深度大,在弯月面处速度小,不利于大方坯质量的提高。当采用四孔水口时,钢液热中心上移,钢液面处温度可提高8℃,钢液向上漩流增强,有利于降低结晶器内钢水过热及保护渣的熔化,但由于钢液对结晶器宽、窄面坯壳的冲刷致使冲击区域附近坯壳出现不同程度的零增长区域。当采用五孔水口时,除了钢液热中心上移,钢液向上漩流增强,由于侧孔钢液流速减小,对坯壳的冲刷减小,有利于保护渣的快速熔化、过热度的快速降低,坯壳的均匀生长,显著提高大方坯的质量。

基于有限元法对GCr15轴承钢280mm×325mm铸坯凝固组织的模拟与分析

基于有限元法按照二维凝固传热模型对拉速0.6m/min和0.5 m/min,钢水过热度30℃和10℃以及比水量0.25 L/kg和0.20 L/kg连铸的GCr15轴承钢280 mm×325 mm坯进行凝固组织模拟,研究连铸工艺参数对铸坯组织的影响。结果表明,当过热度由10℃增大到30℃时,铸坯等轴晶和混晶区域面积由70%降低到55%,过热度对铸坯凝固组织的影响非常显著;拉速由0.6 m/min降低到0.5 m/min,柱状晶平均增长6.5 mm,但是由柱状晶向等轴晶转变的过渡区域减小,可以减轻溶质元素在此区域的富集;将比水量由0.25 L/kg降低到0.20 L/kg,铸坯柱状晶和等轴晶区域没有明显的区别,所以降低比水量对铸坯凝固组织没有明显的影响。

连铸-开坯生产流程325mm×280mm轴承钢铸坯温度变化的数值模拟

通过数值模拟和现场实测的方法研究了在连铸、保温输送、堆垛冷却、加热炉加热等工艺过程中325mm×280 mm GCr15轴承钢连铸坯温度的变化。结果表明,铸坯在出拉矫机后的单辊道输送过程不同部位的冷却速率差异较大(角部10℃/min、表面7.1℃/min、芯部4.6℃/min),而在保温车输送过程(角部4℃/min、表面2.9℃/min、芯部1.67℃/min)及堆垛冷却期间不同部位的冷却速率差异较小,因此缩短在连铸机尾部的停留时间有利于防止因冷却不均产生微小裂纹。热送热装较冷装工艺可使铸坯的加热时间减少20 min。

水口倾角对150mm×380mm矩形坯结晶器流场的影响

为减少矩形坯角裂、漏钢等缺陷,提高铸坯质量,进行改变浸入式水口出口倾角角度以优化结晶器流场的研究。通过Fluent软件,对150 mm×380 mm矩形坯结晶器钢液流动和凝固耦合过程进行数值模拟,得出水口倾角（15°~30°）对表面流速、表面湍动能和冲击深度的影响。结果表明,随水口倾角增加,平均表面流速下降,冲击深度增加,有利于稳定液面;但随倾角增加,液面波动小,不利于钢液搅拌和夹杂物去除,下部回旋区过低,坯壳变薄,容易产生漏钢;综合得出,150 mm×380 mm铸坯的水口倾角宜为25°。应用结果得出使用优化水口后,铸坯中夹杂物总数减少36%。

结晶器保护渣对300mm×360mm低碳钢连铸坯表面质量的影响和成分优化

钢厂使用原保护渣[／％：25．64CaO，22．72Si02，5．69MgO，8．29A1202，11．87（Na20＋K20），5．49CaF2，5．10BaO]生产的300mm×360mm低碳钢连铸坯表面易产生网状裂纹。通过分析保护渣润滑性能与铸坯冶金质量之相关性和研究碱度、MgO和A1。0，对保护渣熔点的影响，CaF2和碱土金属化合物含量对保护渣粘度影响，优化了保护渣的成分E／％：22．06CaO，23．63S102，4．76MgO，8．29A1203，11．90（Na20＋K20），2．32CaF2，4．18BaO]，应用结果表明，使保护渣液层的厚度由原保护渣的6—7．5mm提高到7—10mm，完全消除了连铸坯的网状裂纹。

Q345E钢Φ800 mm铸坯表面网状裂纹的分析及控制措施

采用金相显微镜和扫描电镜分析了Q345E钢Φ800 mm铸坯(/%:0.15C,0.27Si,1.37Mn,0.009P,0.001S,0.03Nb,0.04V,0.030A1,0.008 ON)表面网状裂纹,得出结晶器壁和凝固坯壳之间保护渣膜厚度不均匀,使坯壳局部受挤压,产生凹坑,冷却速度降低,产生热应力裂纹。通过将保护渣碱度(CaO)/(SiO_2)从1.03提高到1.15,熔点从1 235℃降至1 210℃,1 300℃粘度从0.87 Pa·s提高到1.10 Pa·s,使Φ800 mm连铸坯表面凹坑和网状裂纹的发生率从原60.5%降至0.5%以下。

Φ500mm大圆坯连铸机的生产实践

20钢(0.19%～0.23%C)Φ500 mm铸坯的生产流程为70 t转炉-LF-VD-Φ500 mm大圆坯连铸机从机械设备和二冷参数等方面进行研究和优化第1次生产试验连续浇铸8炉20钢,采用的优化工艺包括使用专用结晶器保护渣,控制过热度25～35℃,拉速0.30 m/min,比水量0.14 L/kg,结晶器电磁搅拌400 A/1.5 Hz等。检验结果表明,铸坯表面无可见冷疤、鼓肚等缺陷,中心缩孔0.5级,中心疏松1级,碳偏析≤1.12,钢中氧含量≤15×10^(-6),氮含量≤65×10^(-6),达到设计要求。

石油套管用钢37Mn5 Φ210 mm连铸圆坯凝固过程的数学模拟和工艺优化

在分析37Mn5钢（/％：0.34～0.39C,0.20～0.35Si,1.25～ 1.50Mn）凝固特性的基础上通过用ANSYS软件建立连铸圆坯凝固热-力耦合数学模型,对Φ210 mm连铸圆坯凝固过程进行模拟,分析了40 t中间包,拉速1.4 m/min,浇铸温度1 531℃时,二冷水比水量0.58 ～0.78 L/kg和各段配置对铸坯表面温度、坯壳厚度、液芯长度和表面应力的影响.模拟结果表明,比水量每增加0.1 L/kg,铸坯表面约下降18℃,试验比水量变化对出口坯壳厚度、液芯长度和表面应力影响不显著,但原工艺配水量0.68 L/kg下二冷0段和1段之间空冷部位出现高达185℃急速回温,最大应力达6.41×10^7 Pa,通过保持配水量0.68 L/kg不变,调整各段配水量使0～1段间回温降至123℃,最高应力降至4.53×10^7 Pa,铸坯裂纹基本消失,表面质量显著改善.

37Mn5钢Φ210mm圆坯连铸凝固影响因素的数学模拟分析

通过ANSYS软件建立了37Mn5钢Ф0mm圆坯连铸的传热模型，研究了在铸坯传热过程中铸机拉速1．3～1．5m／min，钢水过热度15°-60°，二冷比水量0．58—0．78L／kg对铸坯表面温度、凝固坯壳厚度和凝固终点位置的影响。结果表明，控制稳定的较低拉速、低过热度、较弱二冷比水量可有效地避免37Mn5钢中210mm铸坯裂纹的形成，提高铸坯的冶金质量。

低碳钢Q345E Φ600mm连铸圆坯宏观碳偏析的控制

Q345E钢（/%：0.13~0.17C,0.24~0.28Si,1.02~1.40Mn,0.015~0.040Al,≤0.015P,≤0.015S）的冶金流程为70 t转炉-LF-VD-Φ600 mm圆坯连铸工艺。通过0.08 L/kg比水量和0.18、0.20、0.22 m/min拉速条件下的凝固模拟计算,结合拉速0.22 m/min,过热度20℃,一冷4 600 L/min（进出水温差2.7℃）,二冷L1-38、L2-6和L3-5 L/min条件下的射钉试验,确定该拉速下Q345E钢Φ600 m/圆坯的凝固末端位置距弯月面22.4 m,在此基础上优化结晶器M-EMS／末端F-EMS组合电磁搅拌,调整连铸工艺,使大圆坯宏观碳偏析取得显著改善。结果表明,浇铸过热度、电磁搅拌参数是影响碳偏析的重要工艺条件;当过热度20~30℃、拉速0.22~0.24 m/min、M-EMS（200 A,2 Hz）、F-EMS（400 A,8 Hz）交替搅拌时,Q345E钢Φ600 mm断面碳极差≤0.04%C。

高压气瓶用钢4147 Φ500mm连铸圆坯的生产实践

永钢高压气瓶钢4147(/%:0.46~0.50C,0.15~0.35Si,0.8~1.0Mn,≤0.015P,≤0.008S,0.85~1.10Cr,0.15~0.25Mo,0.02~0.04Al)的冶炼工艺为110 t EBT电弧炉-LF-VD-Φ500 mm圆坯连铸。通过使用炉料80%铁水+20%废钢,控制(Pb+As+Sn+Sb+Bi)≤150×10^(-6),EAF终点[C]≥0.08%,终点[P]≤0.006%,并在出钢过程加1.0 kg/t Al;以及采用LF精炼合成渣(/%:40~55CaO,20~30Al_2O_3,≤6MgO,≤4.0SiO_2,≤1.5FeO),成品硫含量≤0.002%,T[O]≤17×10^(-6),[N]≤32×10^(-6),[H]≤0.9×10^(-6),(Pb+Sn+Sb+As+Bi)≤0.013 7%;连铸圆坯中心疏松、缩孔≤1.5级,轧材各类夹杂物均≤0.5级,满足高压气瓶钢质量要求。

20钢Φ300mm圆铸坯中间裂纹成因分析和改善工艺措施

针对20钢φ300mm圆铸坯低倍组织出现中间裂纹的位置和形貌,结合连铸设备和工艺进行分析,得出结晶器内坯壳厚度不均匀,拉矫机矫直压力波动大,铸坯在受到热应力和矫直应力的作用下沿晶界开裂形成中间裂纹。通过改善结晶器软化水和连铸二冷水的质量,钢水过热度由25～35℃降至20～30℃,结晶器电磁搅拌电流由550 A降至350 A,稳定矫直压力,铸坯矫直温度≥950℃,避免了圆铸坯中间裂纹的出现。

包钢X65管线钢Φ300 mm圆铸坯的试制

包钢钢联股份有限公司炼钢厂采用120 t顶底复吹转炉-100 t LF(VD)-5流Φ300 mm铸坯连铸工艺流程试生产X65管线钢13MnNbTi(%:0.10～0.16C、1.20～1.40Mn、0.03～0.05Nb、0.01～0.02Ti、0.025～0.05Al)。生产实践表明,通过铁水脱硫([S]≤0.005%),转炉挡渣出钢,精炼渣碱度≥3.0,VD处理≥13 min,可以使[S]≤0.005%、[P]≤0.015%、[H]≤1.5×10^(-6)。通过全程保护浇铸和结晶器电磁搅拌工艺,钢中氧含量(13～21)×10^(-6),平均氧含量16.44×10^(-6),铸坯表面质量良好,低倍组织0～1级。

120 t BOF-LF-Φ200mm坯连铸工艺试制X52管线钢

由于方圆连铸机浇铸X52管线钢(%:0.14～0.18C、0.30～0.50Si、1.25～1.40Mn、≤0.025P、≤0.025S、0.03～0.06Nb)易发生水口堵塞和难控制铸坯质量,故采用转炉出钢时根据钢中的碳含量加入200～500kg/炉Fe-Al脱氧剂进行脱氧,在LF用高碱度渣(%:≥70CaO、≤5Al_2O_3、≤5SiO_2、≥5CaF_2、≤5MgO、≤0.05N)进行精炼,精炼结束软吹氩≥5 min等技术措施生产X52管线钢。结果表明,LF平均脱硫率37%,钢中S≤0.011%、P≤0.015%,Φ200 mm连铸圆坯表面质量良好,低倍各项评级均小于1.0级。

立弯式奥氏体不锈钢220mm×220mm铸坯动态二冷控制和应用

根据奥氏体不锈钢的热物理参数和二冷区各区出口目标温度,建立了不锈钢220mm×220 mm铸坯动态二冷综合控制模型和末端拉速电磁搅拌-拉速优化模型。304奥氏体不锈钢连铸生产应用结果表明,在该钢正常工作拉速0.8~1.1 m/min,根据目标温度（足辊1 080℃,一区1 070℃,二区1 060℃,三区1 045℃,进拉矫机980℃）制定相应比水量（0.30~0.33 L/kg）,模型实时计算表面温度与目标温度对比,进行在线控制,铸坯温度均匀、稳定,冶金质量良好。