矩形坯连铸结晶器铜管构型优化

管式结晶器易于变形的问题限制了矩形坯连铸拉速的提高。为此本研究设计了不同形式水槽结构的矩形坯结晶器铜管,通过有限元方法计算了铜板的温度分布、应力分布与节点位移,分析了三个不同类型结构对结晶器寿命的影响。结果表明,大倒角弧形水槽矩形结晶器构型最佳,且结构优化后结晶器变形程度降低,铜板传热能力和冷却均匀性显著提高。其中在温度分布上,铜板热面最高温度下降7℃~8℃,平均温度下降3℃~4℃,角部温度变化最小。在应力应变分布上,应力变化最大截面的应力应变呈层状有序分布,且水槽和倒角周围应力变化率下降至10%~20%,水槽根部平均节点位移在5.85 × 10−5 m。

电磁技术在特殊钢大断面方圆坯连铸中的应用

钢水电磁感应加热和连铸坯电磁搅拌均为高效环保的电磁冶金技术,连铸已成为电磁技术应用最活跃的领域。介绍了二者在特殊钢大断面方圆坯连铸工程中的应用情况,并总结分析了中间包钢水感应加热、结晶器电磁搅拌(M-EMS)、二冷电磁搅拌(S-EMS)和末端电磁搅拌(F-EMS)技术的合理结构形式、工艺布置位置、组合应用模式及其应用效果等。实践证明,合适的电磁技术应用对特殊钢大断面方圆坯连铸具有良好的冶金质量效果,其中:电磁感应加热技术可将中间包钢水过热度控制在15±2℃,以实现高品质特殊钢连铸所需要的“低过热度-恒温浇注”关键工艺;大圆坯连铸采用三级联合电磁搅拌工艺、大方坯连铸采用二级电磁搅拌和凝固末端软压下(SR)工艺,对大断面特殊钢连铸坯的内部质量改善有显著效果,可达到铸坯中心缩孔≤0.5级、中心疏松≤1.5级、中心偏析≤1.10等高质量指标;采用中间包电磁感应加热可以保证的“低过热度-恒温浇注”及M-EMS+S-EMS+F-EMS(或SR)三级质量控制工艺,可以将连铸拉速在常规工艺的基础上提高50%以上。

宝钢电炉圆(方)坯连铸计算机系统运行实践

宝钢电炉、圆 (方 )坯连铸计算机系统的配置和功能融合了宝钢一、二期的自动化控制经验、特有的企业管理功能和宝钢企业网模式 ,是宝钢第一个实现L1～L4产销一体化功能网络控制管理的自动化子系统。运行实践两年半余 ,效果良好。文章介绍了该厂计算机系统的配置、功能及其运行实践。

大方坯连铸结晶器电磁搅拌三维电磁场与流场的数值模拟

建立了描述大方坯连铸结晶器电磁搅拌过程的电磁场和流场三维数学模型,并分别用有限元、有限体积法进行数值求解,对电磁场计算结果进行了实测检验.结果表明,电磁力在水平面上呈周向分布,铸坯边缘上的切向电磁力在搅拌器中心横截面上最大,在结晶器出口处有一峰值.钢液在横截面内旋转流动,而在纵截面内形成4个旋涡.在铸坯内,从水口向下吐出的钢水与向上回流的钢水流股相冲突,使流股侵入深度变浅,同时使流股向四周发散,从而有利于传热.励磁电流强度与频率对电磁力和流场均有影响.

异形坯连铸过程流场与温度场耦合三维数值模拟

建立了异形坯内流体流动与凝固传热的三维耦合模型，充分考虑了对流换热对凝固过程的影响，分析了铸坯与钢液之间的相互作用，并对不同工艺条件下的温度场进行了比较．运用此模型可预报铸坯的温度场、坯壳厚度及液芯长度等，便于现场调整工艺参数．

大方坯连铸动态二冷与动态轻压下控制模型的开发与应用

北京科技大学与包钢合作开发了国内首家拥有自主知识产权的大方坯连铸动态二冷与动态轻压下控制模型。模型将铸流离散成许多切片,依据传热学理论与合理假设对每个切片建立传热微分方程;通过用有限差分法求解各切片传热微分方程,动态计算各切片的内部温度曲线,从而实现对铸坯实时温度场的动态跟踪;结合目标表面温度控制法与轻压下理论实现了大方坯连铸的动态二冷与动态轻压下控制。该控制模型已在包钢5号大方坯连铸机上线应用,对比试验表明铸坯内质得到了明显提升。

六流大方坯连铸中间包选型和控流装置研究

通过对多流中间包冶金的分析 ,提出了六流大方坯连铸中间包内腔形状的选型方案和控流装置的设计原则。研究表明攀钢六流大方坯连铸中间包采用近似T形中间包结构形状最为合理 ,近似T形六流中间包内合理的控流装置是围墙 +双坝或双斜墙 +双坝的组合模式。

大方坯连铸动态轻压下技术应用研究

攀钢全连铸工程新建的大方坯连铸机采用了奥钢联SMART/ASTC动态轻压下技术。自大方坯连铸机投产以来,以重轨钢、硬线等典型钢种为代表开展了应用大方坯连铸轻压下技术的试验研究。通过不断优化调整轻压下工艺制度,取得了改善铸坯中心偏析、疏松和缩孔的显著效果。结果表明,铸坯表面无清理率达到100%,中心疏松≤1.0级,中心偏析≤1.0级,中心缩孔≤0.5级,中心碳偏析指数≤1.05,无其他内部质量缺陷,为攀钢生产高速铁路用钢轨提供了合格铸坯。

圆坯连铸凝固传热数学模型及应用

建立了Φ400mm大断面圆坯连铸凝固传热的数学模型。应用该模型计算了过热度、拉速以及冷却强度等因素对铸坯温度、坯壳厚度、凝固终点的影响,为现场生产确定了合理的二冷工艺参数。生产实践证明,当生产Φ400mm铸坯的拉速达到0.4～0.6m/min时,自动控制的二次冷却制度满足工业连铸要求,可得到优质铸坯。

异形坯连铸结晶器内三维流场的数值模拟

根据湍流理论及异形坯连铸的特点 ,建立了异形坯结晶器三维流场数学模型 ,对不同条件下的流场进行了数值模拟 ,分析了水口结构和工艺参数变化时异形坯结晶器内涡心深度的变化规律及液面湍动能的分布状态。结果表明 :采用上倾式水口 ,水口夹角为 12 0°,拉速为 0 .9m/s时 ,结晶器内流场分布较为合理 ,液面较稳定。模拟结果与水模实验结果吻合较好。该模型可对连铸过程进行离线分析 ,确定最佳参数 ,并可作为在线控制模型的基础。

大方坯连铸结晶器伸入式水口结构类型研究

从建立合理的结晶器内流场角度出发 ,提出了结晶器伸入式水口设计与评价原则。通过水模实验和计算结果表明攀钢大方坯连铸结晶器采用向上角度的四孔水口结构形式最为合理。

大圆坯连铸带液芯矫直过程的应力、应变有限元模拟

应用Marc有限元软件对圆坯连铸的连续矫直变形过程进行模拟。以马鞍山钢铁公司大圆坯连铸机为原型,考虑铸坯与辊子的接触状态,建立了圆坯矫直变形模型;模拟分析了大圆坯连铸带液芯矫直过程中坯壳的应力、应变,得到了铸坯在矫直过程中的变形规律,可为铸机矫直工艺及设备设计提供参考依据,从而进一步优化铸坯的矫直变形,以提高圆坯的内部质量和表面质量。

轴承钢大方坯连铸工艺研究

针对合金钢大方坯连铸机生产轴承钢时存在的质量问题 ,在低铝洁净钢试验基础上 ,进行了钢液过热度、拉速及二次冷却强度对轴承钢连铸坯质量影响的研究及此钢与模铸轴承钢的质量对比试验。结果表明 :采用钡合金处理钢液、低过热度、低拉速和弱冷却连铸工艺可使连铸轴承钢的疲劳寿命满足优质轴承的考核寿命要求。

异形坯连铸结晶器内钢液流动状况的三维数值模拟

建立了异形坯连铸过程中结晶器内钢液三维湍流模型 ,开发了计算程序 ,并用它研究了马鞍山钢铁公司 5 0 0 m m× 40 0 mm× 12 0 mm异形坯连铸结晶器内的钢液流动情况 ,重点分析了水口结构和工艺参数变化时异形坯结晶器内涡心深度的变化规律以及液面湍动能的分布状态。结果表明 :水口夹角为 12 0°时 ,结晶器内流场分布较为合理 ;水口宜上倾 ,且倾角不宜超过 15°;涡心深度和液面湍动能均随拉速的提高而增大。该模拟结果对现场生产具有重要指导意义。

280mm×380mm方坯连铸结晶器电磁搅拌数值模拟

根据麦克斯韦电磁理论,建立了280 mm×380 mm方坯连铸结晶器电磁搅拌的数学模型,并应用模型分析了结晶器内电磁场、电磁力的分布特征,以及电磁搅拌电流强度、频率等对电磁场和电磁力的影响。结果表明,旋转磁场在结晶器搅拌区域内产生电磁力,使钢液在水平方向形成旋转流动;电磁搅拌所产生的磁感应强度的大小与搅拌电流大小成线性关系,而在低频率搅拌条件下频率的大小对电磁搅拌强度的影响较小。

圆坯连铸结晶器热流研究

对圆坯连铸结晶器平均热流和局部热流进行了研究。分析了拉速、电磁搅拌电流和弯月面波动等工艺参数对结晶器局部热流（高热流区热流）和平均热流的影响。结果表明：拉速为1．4～2．6m／min，搅拌电流在200-320A时，局部热流与平均热流变化趋势不完全一致。局部热流对工艺参数反应敏感，传热极不均匀；平均热流不能完全反映局部热流的变化，局部热流能更及时地反映坯壳的凝固情况。

四流大方坯连铸中间包的物理模拟研究

针对近T型四流大方坯连铸中间包设置合理的控流装置问题,采用水力学模拟实验的方法在等温和非等温条件下分别对“V墙+坝”和“湍流器+坝”两种方案进行了正交优化实验。实验结果表明,该中间包在无控流装置时存在短路流,死区较大;“V墙+坝”1#方案能明显改善中间包内流场,使死区体积减小,活塞流体积增加,温度分布较均匀;“湍流器+坝”方案对流场也有一定程度的改善,但仍然存在短路流和较大死区,流场和温度分布不均匀。

大圆坯连铸二冷配水设计模型的开发

根据钢厂新建Φ600 mm圆坯连铸机的主要技术参数,建立柱坐标一维非稳态连铸坯凝固传热数学模型,运用有限差分法求解并编制相关程序,分析拉速、过热度、冷却强度对铸坯温度的影响,实现在给定水量下连铸坯温度场的计算。浇铸Φ500 mm轴承钢GCr15SiMn计算得出拉速每提高0.1 m/min,出结晶器处凝固坯壳厚度减薄约7.9 mm,凝固终点延长6.7 m。

大圆坯连铸用新型旋流水口的数值模拟

通过调整多侧孔水口侧孔射流方向来实现结晶器内钢流的旋转,并设计了一种易于加工、使用寿命长的多侧孔新型旋流水口。建立了圆坯结晶器内三维流动、传热数学模型,计算分析了直筒形水口和新型旋流水口条件下结晶器内的流场和温度场。结果表明:通过调整多孔水口侧孔射流方向可以实现结晶器内钢流的旋转,新型旋流水口能显著降低钢水的冲击深度,促进夹杂物上浮,使热中心上移,提高弯月面的温度。

板坯连铸中间包流动控制及冶金效果研究

针对安钢二炼钢板坯连铸机的产品质量问题，对中间包进行了改形设计，用数学和物理模拟方法研究了不同的控流装置对流场和夹杂物上浮率的影响，最后确定出合适的中间包挡墙＋ 坝的内部结构，生产实践证明取得了明显的冶金效果。