大型钢锭凝固数值模拟与试验研究

利用Procast软件包对6t钢锭的凝固过程进行了计算机模拟,并预测了钢锭的缩孔疏松分布,计算结果发现原有工艺中钢锭的缩孔深度大,轴线疏松严重。将模拟结果与试验结果进行对比,两者吻合良好。在此基础上,研究了绝热板和发热剂对钢锭的缩孔疏松分布的影响,优化了绝热板工艺。模拟与试验结果表明,优化后的绝热板加发热剂工艺可显著改善钢锭冒口的保温效果,减小缩孔深度,提高钢锭的质量和利用率。

冒口保温条件对大型钢锭凝固过程影响的数值模拟

为了优化大型钢锭的浇注工艺,以铸造数值模拟软件为模拟平台,通过建立基于0,50,100,200,300和500mm不同的发热剂厚度的数学模型来研究冒口保温条件对175t大型钢锭凝固过程的影响。模拟结果表明:随着发热剂厚度的增加,钢锭最后凝固区域更易向冒口补缩,缩孔"V"形开口逐渐增大;发热剂加至一定厚度时,钢锭内部缩孔不再发生明显变化;300 mm是最佳的发热剂厚度。

电渣重熔大型钢锭的数值模拟

大型钢锭是核电、石化等行业的必备材料,电渣重熔是生产大型高质钢锭的有效方法.本文对采用单电极、三电极和四电极电渣重熔生产80t钢锭的体系进行了数值模拟和分析,结果表明,在生产大型钢锭时,四电极的布置方式更有利于钢锭质量的控制.

核电用大型钢锭电渣重熔工艺模拟及生产应用

论证了应用于核电主管道和12%Cr转子钢用百吨级巨型电渣钢锭重熔过程数学模型,形成电渣重熔工艺过程三维数值模拟计算程序ESR3D。模拟了电渣重熔全过程,包括电极熔化,金属熔滴自由下落,金属熔池的形成,金属熔池和渣池的上升、移动,三组电极分别更换,在线安装上结晶器,钢锭在水冷结晶器中凝固等。模拟并优化的电渣重熔工艺应用于生产80～120 t大型电渣钢锭,其质量满足核电和超超临界火电机组技术要求。

电渣冶金法生产大型钢锭综述

介绍了采用电渣重熔、电渣焊接、电渣浇注和电渣热封顶法生产大型钢锭的工艺,并从钢锭质量、节能、成本等方面对比了上述4种方法的工艺特点。电渣重熔法生产的大型钢锭纯净度和组织均匀性较高,产品质量较好,但工艺设备复杂;电渣焊接法、电渣浇铸法和电渣热封顶法相比电渣重熔法,工艺和设备简单,能耗、成本较低,但产品质量较差。

大型钢锭凝固过程三维数值模拟

开发了大型钢锭凝固过程三维模拟程序。利用本程序对53 t钢锭的凝固过程进行了模拟,预测的钢锭和锭模中典型测试点的冷却曲线、钢锭完全凝固时间及冒口一次缩孔形状等与商用有限元软件ProCAST的计算结果吻合良好。

大型钢锭凝固特性的初步研究

通过对234 t钢锭进行解剖分析,研究其内部组织结构和元素偏析情况,以找到改进工艺提高钢锭质量的途径。结果表明,在当前工艺条件下,钢水在钢锭模内具有较好的冷却条件,冒口补缩良好。

宏观偏析数学模型在大型钢锭中的应用

大型钢锭中的宏观偏析严重影响大型锻件的均质性及最终性能。本文介绍了宏观偏析数学模型在大型钢锭中的应用情况。

真空碳脱氧纯净化技术在大型钢锭制备中的应用

通过控制主要脱氧元素Si、Al含量,可以使钢液在真空条件下发生剧烈C、O反应,从而进一步降低大型钢锭中的氧化物夹杂、气体含量,使其达到高纯净化效果。本研究利用真空碳脱氧生产纯净钢的优势,在不同锭型上实施了双真空碳脱氧(DVCD)冶炼、浇注工艺操作,最终制备出T[O]≤15×10-6、[H]<1×10-6加氢反应器、电站类锻件产品用的高纯净大型钢锭。研究结果表明:真空碳脱氧作为钢液纯净化生产的一种手段,可以有效提高大型钢锭的纯净度;进行真空碳脱氧工艺操作,中间包使用滑动水口控制系统同样能制备出高纯净度的大型钢锭;对于中碳钢55A来说,只需控制钢液中Al含量,就可以实现很好的真空碳脱氧效果。

用改进的浓化时间法预测大型钢锭的宏观偏析

从宏观偏析产生的物理原理出发,对浓化时间法加以改进,并利用改进的浓化时间法对大型钢锭凝固过程中的碳偏析进行了计算。该方法计算简便、计算时间短、物理意义清晰,实现了对钢锭凝固时溶质富集过程的模拟。

大型钢锭A偏析的形成机理及影响因素

介绍了在大型钢锭凝固过程A偏析的形成机理及影响因素方面的研究成果。A偏析是由合金凝固过程中局部区域内溶质富集所形成的一种通道型宏观偏析,由枝晶间富集溶质流动所引起,主要受凝固条件、合金成分及凝固组织等因素的影响。

大型钢锭模铸造工艺的研究与应用

通过对大型钢锭模的产品特征、材质特性、结构设计、铸造工艺等方面的研究与应用，归纳并提出保证钢锭模内壁质量的铸造工艺方案，对提高钢锭模使用寿命具有重要意义。

30Cr2Ni4MoV钢大型钢锭铸造缺陷状况研究

主要研究了380 t级30Cr2Ni4MoV钢大型钢锭的铸造缺陷状况。通过对水口部位解剖材料进行金相分析,掌握了钢锭铸造缺陷的类型及形貌。实验结果表明,30Cr2Ni4MoV钢大型钢锭的典型铸造缺陷主要表现为非金属夹杂物和粗大晶粒,缺陷尺寸达到毫米级别。此外,在水口材料的显微组织中还观察到了不同程度的缩孔和疏松。

浇注温度对大型钢锭凝固过程的影响

用铸造模拟软件ProCAST,研究了浇注温度对96T钢锭凝固过程的影响,包括凝固时间、缩孔缩松、夹杂上浮时间等。结果表明:随着浇注温度的提高,夹杂可上浮时间延长,但钢锭完全凝固时间也随之加长,延长生产周期。缩松区域有减小的趋势,二次缩孔有增大的趋势。

大型钢锭模具清理机设计与制作

马钢重机公司与美国联合炼钢轧辊有限公司合资开发生产大型锻钢轧辊,马钢重机公司铸钢分厂负责生产配套毛坯件——大型钢锭（60~150t）。大型钢锭模具一般直径在3米左右,深度在3米以上,每次浇注完后必需清理刷模,把钢锭模内腔的粉尘和金属氧化物清理干净,才能保证下次浇注钢锭的表面质量,之前国内都是采用人工刷模费时、费工而且效果不好。

锥度及高径比对大型钢锭质量的影响

通过Pro CAST软件系统模拟研究了96 t大型钢锭锭身高径比和锥度对钢锭凝固过程及质量的影响。结果表明,随着钢锭高径比的增大,一次缩孔位置明显上移,轴向缩松明显增多,钢锭中下部的夹杂可上浮时间缩短;锥度对钢锭质量的影响有限。

大型钢锭凝固模拟计算中空间与时间步长选取

以ProCAST为计算软件,针对40 t金属模钢锭的传热凝固过程,对模型选用不同的网格尺寸(20 mm、50mm、100 mm)和时间步长(10 s、50 s、100 s、1 000 s),研究网格大小、时间步长对凝固计算精度及效率的影响。结果表明:网格尺寸太大将降低计算精度,太小则会增加计算内存的使用量,并大大增加计算时间;同样,时间步长对计算也有一定的影响。因此,对于大型钢锭的凝固模拟计算,需要合理的选择空间及时间步长,以便在保证计算结果不受时间和空间步长选择影响的前提下尽量降低计算成本。

大型钢锭轧板开裂和穿孔缺陷分析及浇铸工艺优化

分析了S355JR和S355J2低碳钢(/%:0.17～0.20C、0.30～0.55Si、1.40～1.60Mn、≤0.020P、≤0.015S、0.020～0.040A1、0.020～0.030Nb)28～40 t钢锭轧成230～400 mm钢板出现的开裂和穿孔缺陷。通过提高浇钢工操作水平,根据钢水过热度控制本体浇铸和帽口浇铸时问;控制精炼终点[O]≤25×10^(-6)以及钢中铝含量0.020%～0.040%等优化浇铸工艺措施使钢锭探伤合格率提高到96.8%。

大型钢锭表面夹杂物分布模拟研究

采用基于热焓-多孔介质法、湍流模型、动量和质量守恒方程建立了36 t大型钢锭锭模内钢液流动、传热和凝固的数学模型。采用Lagrange方法通过跟踪单个夹杂物在钢液中的运动,探明表面夹杂物在大型钢锭中的规律性分布,讨论了不同冒口保温条件对夹杂物的去除效果。结果表明,凝固早期,钢液流动强烈,夹杂物容易被先凝固的固相区域捕捉。随着凝固过程的进行,钢液流动减弱,夹杂物以上浮运动为主。加强冒口处保温可大大提高夹杂物的去除率。