非稳态浇注压下区间变化规律的研究与应用

为保证连铸板坯动态轻压下技术的有效实施以减轻中心偏析和中心疏松,改善铸坯内部质量,针对实际生产时的非稳态浇注过程,根据铸坯表面温度的测量数据,修正了实时凝固传热模型,分析了拉速、过热度和二冷比水量等工艺参数的变化对不同钢种压下区间长度的影响规律。结果表明:拉速每增加0.1m/min,船板钢AH36和碳素结构钢Q235B的压下区间长度分别增加0.15m、0.21m;过热度每增加10℃,AH36和Q235B的压下区间长度分别增加0.01m、0.015m;二冷比水量每增加0.1 L/kg,AH36和Q235B的压下区间长度分别减少0.04m、0.06m。将凝固传热模型应用于生产中,优化了动态轻压下模型,铸坯中心偏析减为1.0B^0.5C,中心疏松级别小于1.5级的铸坯比率由35.25%上升到85.16%,铸坯内部质量得到了明显改善。

中间包非稳态浇注过程数值模拟研究进展

连铸中间包是钢液凝固前最后一个冶金反应单元,其钢液冶金行为对钢质量具有重要影响。数值模拟作为一种成熟的研究方法,已广泛应用于中间包内钢液冶金行为研究。在2008年之前,中间包冶金的建模主要局限于稳态浇注期的钢液流场优化,之后瞬态和多相建模越来越流行,促进了中间包非稳态数值模拟的发展。本文对近年来中间包非稳态浇注过程数值模拟工作进行简要总结,包括开浇过程中铸坯产生质量缺陷的原因和解决方案,换包过程钢-渣-气三相流动行为对钢液洁净度的影响和改善措施,异钢种连浇过程混合交接坯长度的控制,以及浇注末期汇流漩涡的形成及下渣防治技术的发展。同时,分析了目前中间包非稳态各阶段的数值模拟研究现状和关注要点及面临的挑战。

镀锡基板钢非稳态浇注铸坯洁净度分析

为研究非稳态浇注对镀锡基板铸坯洁净度的影响,对BOF-LF-CC工艺生产的头坯、混交坯、换水口铸坯、尾坯进行取样分析,对铸坯中T.O、[N]、显微夹杂物、大型夹杂物及钢液成分与正常浇注状态下铸坯进行了对比。结果表明:非稳态浇注条件下,T.O、[N]含量由高到低顺序依此为:尾坯>头坯>混交坯>换水口,其中尾坯中T.O含量为44×10^(-6),较正常坯升高了92.5%,N含量为85×10^(-6),是正常坯的4.08倍;显微夹杂物平均含量由高到低的顺序依次为:混浇坯>尾坯>换水口>头坯,混浇坯显微夹杂平均水平为18.44个/mm2,是正常坯的2倍;非稳态浇注铸坯中大型夹杂物含量由高至低分别为:混浇坯>尾坯>头坯>换水口,混浇坯中的大型夹杂物总量达到1 496 mg/(10kg);非稳态浇注铸坯的C含量普遍高于正常坯水平,Als含量低于正常坯水平。

非稳态浇注对37Mn5钢中夹杂物的影响

针对某钢厂37Mn5钢生产工艺,对稳态、非稳态时中间包以及铸坯中的T[O]、[N]含量、显微夹杂含量、大型夹杂物含量进行了分析。研究表明:非稳态时中间包液面波动较大,中间包入口、出口及铸坯中T[O]平均含量分布分别是稳态时的1.09倍、1.06倍、1.08倍;显微夹杂物含量分别是稳态时的1.10倍、1.24倍、1.32倍;大型夹杂物含量是稳态时的1.75倍。提高非稳态浇注时操作的稳定性,控制好开浇、换包操作,稳定中间包、结晶器液面,可以有效改善钢质量。

IF钢非稳态浇注铸坯洁净度分析

为系统分析某钢厂IF钢在非稳态浇注时铸坯洁净度的变化情况,采用气体分析、成分分析、大型夹杂物分析等方法对在非稳态条件下生产的IF钢的头坯、尾坯、换水口坯进行分析。结果表明:头坯内N、T.O、大型夹杂物含量沿拉坯方向逐渐降低,Als含量逐渐升高,头坯前8.5m不适宜IF钢生产,尾坯距尾部2.5m内N、T.O、Als含量波动较大,距尾部4.5m内大型夹杂物数量较高,均在1.41倍以上,尾部4.5m必须切除;换水口坯在换水口位置的前后1.5m内T.O、N、大型夹杂物含量明显升高,在IF钢生产中应进行切除。

非稳态浇注对铸坯表面纵裂纹的影响及控制

板坯连铸生产从开始浇注到铸坯脱引锭这一阶段的生产为非稳态浇注阶段。通过对该阶段浇注相关参数的统计与分析,找出了表面纵裂缺陷的产生原因,采取了相应的措施,并取得了良好效果。

非稳态浇注对40Mn2钢洁净度的影响

某钢厂生产40Mn2钢采用转炉→LF精炼→连铸工艺,但多次因钢中夹杂物而引起质量异议。本研究针对该厂当前生产工艺,系统的分析了稳态和非稳态浇注条件下中间包钢液、连铸坯的氧氮含量、显微夹杂物和大型夹杂物水平。分析结果表明:非稳态浇注条件下,钢液和铸坯的氧氮含量和夹杂物含量均明显高于稳态浇注,中间包内钢液的二次氧化和结晶器中保护渣的卷渣是限制40Mn2钢洁净度的主要因素。

非稳态浇注对帘线钢洁净度的影响

为全面掌握某钢厂帘线钢在非稳态浇注工况下的洁净度水平,为生产制定合理的头尾坯长度以及进行产品分级管理提供依据,对非稳态浇注和稳态浇注工况下的连铸坯分别取样,对比分析其洁净度差异,并通过水力学试验模拟分析了中间包充包过程中的渣-钢界面行为,进而解释了造成铸坯洁净度差异的原因。研究结果表明,非稳态浇注工况下帘线钢铸坯的洁净度明显低于稳态工况,其中T.O质量分数是稳态浇注工况的1.76倍,N质量分数是稳态浇注工况的1.23倍;两种工况下的显微夹杂物分别为52.89个/mm^(2)和26.1个/mm^(2),大型夹杂物分别是11.49 mg/10 kg钢、4.36 mg/10 kg钢。充包时钢液裸露、二次氧化和卷渣是造成非稳态浇注时铸坯洁净度差的主要原因。

非稳态浇注操作对连铸坯洁净度影响

经炉外精炼获得的"干净"钢水,在浇注过程中重要的是防止"干净"钢水再污染,才能保证铸坯良好的洁净度。结合多年来在不同炼钢厂对板坯和方坯夹杂物的调查研究和近年来的有关文献,讨论了浇注过程中非稳态浇注操作、钢包→中间包→结晶器的二次氧化和下渣、卷渣现象对连铸坯洁净度的影响,为改进工艺操作、提高铸坯洁净度提供技术指导。

非稳态浇注时铸坯裂纹的控制措施

分析了非稳态浇注时导致铸坯裂纹产生的原因,通过采取相应的控制措施,降低了非稳态浇注时铸坯裂纹的发生率。

非稳态浇注时铸坯裂纹和夹渣的控制措施

基于对非稳态浇注时铸坯裂纹和夹渣产生原因的系统分析,提出了包括中间包清洁度检查,钢水全程保护浇注,使用还原性中间包覆盖剂及耐火材料,改进开浇氩气量的调节方法、以及采用快速升速制度、提高中包钢水过热度、优化浸入式水口插入深度等措施,从而降低非稳态浇注时铸坯裂纹和夹渣的发生概率。生产实践证明,上述改善工艺措施有效控制了非稳态浇注时铸坯裂纹和夹渣的发生。

小方坯定径包连续稳态化生产技术的应用

对影响小方坯定径包连续稳态化生产的原因进行分析,通过设计应用高性能定径水口锆芯、定径上水口与快换滑块改型设计、定径水口快速对中安装技术、中包线下三级火焰烘烤脱模工艺及开浇炉次铸坯质量稳态控制等工艺措施,提高了小方坯定径包的使用寿命,实现定径包长周期连续稳态浇注,单包平均连拉周期在70 h以上,降低生产成本,提高了钢水回收率,保障了生产稳定顺行。

钢中非金属夹杂物的相关基础研究(Ι)——非稳态浇铸中的大颗粒夹杂物及夹杂物的形核、长大、运动、去除和捕捉

从几个方面对多年来在钢中非金属夹杂物基础研究方面做的工作做简单介绍:钢中夹杂物和钢水洁净度的评估方法、稳态浇注和非稳态浇注的定义、非稳态浇注过程中形成的大颗粒夹杂物、总氧和大颗粒夹杂物的对应关系、脱氧过程夹杂物形成的热力学基础、钢水中夹杂物形核及长大的动力学研究和钢水中流体流动和夹杂物的运动、去除及被凝固前沿的捕捉。并讨论了钢中夹杂物研究下一步应该继续进行的工作,对洁净钢的生产提出了一些指导性意见。

S53钢中显微夹杂物分析

针对某钢厂丰田钢S53综合探伤合格率不足60%的情况,分析各工序T[O]、[N]的演变规律,采用示踪分析法对显微夹杂含量进行系统分析。钢材全氧T[O]的平均值为11.2×10-4%,[N]平均含量为53.8×10-4%。铸坯中显微夹杂物主要为CaO-Al2O3夹杂和MnS夹杂。头坯中夹杂物数量的平均值为3.05个/mm2,正常坯中夹杂物数量的平均值为1.924个/mm2,铸坯的洁净度达到了较高的水平,夹杂物在结晶器内有一定的去除效果。

S53钢中大型夹杂物分析

针对某钢厂丰田钢S53综合探伤合格率不足60%的情况,采用示踪分析法对大型夹杂物含量进行系统分析。结果表明,铸坯中的大型夹杂物主要有Si O2-Al2O3夹杂、Si O2夹杂、Ca O-Mg O-Si O2-Al2O3复合夹杂、Ca O-Si O2-Al2O3夹杂和部分硫化物夹杂。改进精炼渣后,正常坯的大型夹杂物平均含量为12.27 mg/10 kg,综合探伤合格率达90%以上。

IF钢非稳态连铸坯洁净度分析

为研究梅钢非稳态浇注对IF钢连铸坯洁净度的影响,采用氧氮分析、Aspex Explorer扫描电镜、大样电解等试验方法对BOF-RH-CC工艺生产的稳态及非稳态浇注的IF钢连铸坯进行了对比研究。结果表明,稳态浇注时铸坯具有较高的洁净度,正常坯w(T[O])和w(N)的平均质量分数分别为14.5×10^(-6)和9.5×10^(-6),显微夹杂物数量密度平均为5.1个/mm^(2),大型夹杂物总质量为3.34 mg/10 kg。各非稳态过程,头坯洁净度最差,其次是尾坯和换水口坯。不同类型铸坯显微夹杂物种类基本相同,而非稳态铸坯因保护渣卷入形成的大颗粒夹杂物数量均多于正常坯。

板坯单流连铸中间包的流场优化

通过水模型实验,针对现场中间包流场存在的问题,对影响流场的关键因素进行正交优化试验并验证;本文主要在优化后最佳方案的基础上,对不同插入深度和湍流抑制器对中间包流场的影响进行研究,并研究了在非稳态浇注过程中,不同工况下中间包钢液最低液位的变化。试验结果表明:综合考虑RTD曲线和流场显示,保持中间包液面稳定,拉速为1.2m/m in,在正交优化的最佳方案的情况下,采用圆形湍流抑制器,插入深度为90mm时,中间包内流场较好,死区比例小,平均停留时间长;非稳态浇注过程中采用有坝和圆形湍流抑制器的中间包时,钢液的最低液位比较合理。

IF钢非稳态连铸坯洁净度定量分析

通过氧氮分析、定量金相分析及大型夹杂物分析等试验方法,对某钢厂IF钢生产稳态及非稳态浇注的连铸坯进行了对比研究。结果表明,稳态坯w(T[O])和w(N)的平均含量分别为11×10-6和18×10-6,显微夹杂物含量平均为4.0个/mm2,大型夹杂物含量为2.10 mg/kg,洁净度较高。非稳态浇注对连铸坯洁净度有较大程度的危害。中间包开浇头坯受到较为严重的空气二次氧化,洁净度最差;钢包交换和更换浸入式水口时受到的空气二次氧化较小,但是钢渣反应和卷渣行为较为严重;尾坯洁净度受到空气二次氧化和卷渣的共同影响。连铸坯显微夹杂物含量分布,沿铸坯宽度方向一般1/4处最多,1/2处最少;沿铸坯厚度方向内外弧附近明显高于连铸坯中心部位。

IF钢开浇过程中铸坯洁净度分析

为了分析开浇过程对IF钢铸坯洁净度的影响,采用气体分析、成分分析、大型夹杂物分析等方法对"BOFRH-CC"工艺生产的IF钢的头坯的洁净度变化情况进行了分析。结果表明,沿铸坯的拉坯方向,钢中氮含量、全氧含量呈逐渐降低趋势,到距铸坯头部7.5 m时,氮含量降至0.003 1%以下,全氧含量降至0.002 4%以下;碳含量沿拉坯方向逐渐减少,到距头部8.5 m时降至0.003 0%以下,酸溶铝含量随拉坯方向逐渐升高,到据铸坯8.5 m时开始稳定,这与铸坯内全氧含量变化情况相吻合;铸坯前5.5 m内大型夹杂物的数量较高,均在2.0 mg/10kg以上,前3.5 m内发现尺寸≥300μm的大型夹杂,在距铸坯头部8.5 m后数量降至1.01 mg/10kg,尺寸在140μm以下;大型夹杂物的种类主要为硅铝酸盐、纯氧化铝、纯二氧化硅、铝钙复合夹杂等,其主要来源为保护渣卷渣、钢中三氧化铝的析出、浸入式水口内壁的附着物的冲刷及覆盖剂卷渣。结合以上信息可知,第一块合格铸坯应在距铸坯头部8.5 m后取。

异型坯高效生产关键技术的开发与应用

通过开发应用长寿命工作层新技术,使异型坯中间包寿命提升至50小时以上,异型坯连铸机作业率达96%以上;通过开发应用KR高效脱硫、转炉高碳低氧位出钢、转炉出钢全程吹氩和硅镇静钢LF精炼高效处理等技术,使钢水洁净度显著提高,优质异型坯钢水供应流程得以高效化,连铸机拉速稳定性显著提高,恒拉速合格率达到99.5%以上;通过开发应用连铸机结晶器稳态浇注等技术,连铸机浇注稳定性显著提高,铸坯质量显著提升。