高速连铸结晶器内卷渣机理及其控制研究

利用物理模型研究了高拉速条件下结晶器内的卷渣机理，考察了保护渣粘度、操作参数对结晶器内弯月面波动和卷渣行为的影响。研究结果表明：在高拉速条件下，表面回流卷混是引起卷渣的主要方式，表面速度可以作为判断卷渣发生的特征参数。此外，本研究还给出卷渣发生时的临界表面速度。

高速连铸结晶器卷渣缺陷的特征、演变及控制

高效、节能、低成本的高速连铸、连铸连轧工艺得到了快速的推广应用,但面临结晶器卷渣频率增加及轧材表面卷渣类缺陷率上升的发展瓶颈。分析了连铸结晶器卷渣的形成机制及主要影响因素,简述了卷渣类缺陷在铸坯、热轧、冷轧材的表现形式及演变规律,回顾了连铸结晶器卷渣的控制措施。针对现有措施难以适应高速连铸发展的不足,提出了结晶器内钢水流场的电磁调控、液面的智能控制及高卷渣阻抗的连铸保护渣开发等重点发展方向,为促进高效连铸及连铸连轧工艺的高质量发展提供参考。

薄板坯连铸结晶器内保护渣卷渣的研究

本研究主要是用结晶器水模来模拟结晶器内流场,研究薄板坯结晶器内卷渣机理,得出其主要卷渣方式为切向卷渣、涡旋卷渣、氩气冲击钢渣界面的卷渣,并对比操作参数对卷渣的影响,即拉速越大,浸入深度越浅,吹气量越大,卷渣可能性越大。从而提出避免卷渣的改进措施。

结晶器钢液卷渣指数的讨论

提出并讨论了卷渣指数的概念,指出其在板坯连铸中的应用。根据安钢板坯连铸结晶器的条件,通过水模试验研究了影响钢液卷渣程度的诸因素,这些研究结果可用于选择适宜的工艺参数,改进产品质量,降低生产成本。

非稳态浇铸对结晶器卷渣定量影响的大涡模拟

基于实际板坯连铸结晶器建立了耦合大涡模拟(LES)湍流模型和VOF多相流模型的三维数值模拟模型,讨论了不同结晶器浸入水口(SEN)结瘤程度和SEN未对中分布对结晶器内瞬态多相流场及卷渣行为的影响。通过用户自定义程序成功实现了不同工况下结晶器内卷入渣滴数量、大小、空间分布等信息的定量化预测,并得到了弯月面不同位置处发生卷渣的概率分布。结果表明,水口顺时针旋转5°的未对中分布下由于钢液射流更多地撞击宽面,导致弯月面近窄面处液位分布有轻微降低,液位波动也从理想状态下的±(6~7)mm降低至±5 mm以内。SEN结瘤对弯月面液位波动有较大影响,SEN左侧完全堵塞、右侧未堵塞情况下液位波动增大至±11 mm左右,而SEN左侧堵塞2/3且右侧堵塞1/3情况下弯月面液位波动则增大至±15 mm左右。理想工况下净卷渣速率为0.0130 kg/s,卷渣主要发生在弯月面四周以及流股碰撞处。SEN未对中布置工况下净卷渣速率轻微降低至0.0093 kg/s,但宽面附近卷渣概率明显增大。SEN左侧完全堵塞且右侧未堵塞和SEN左侧堵塞2/3且右侧堵塞1/3情况下净卷渣速率则分别增大至0.0455 kg/s和0.0670 kg/s;卷渣主要由过大的钢液流速对弯月面的剪切作用造成,且主要位于水口至1/4结晶器宽度的范围内。水口结瘤后不对称流动造成的旋涡增加,由此引起的卷渣也相应增加。

浅谈如何减少生产低碳低硅铝镇静钢时结晶器卷渣

通过对低碳低硅铝镇静钢生产过程中结晶器卷渣机理进行分析,提出了稳定结晶器液位、防止水口堵塞、提高保护渣的熔速、黏度以及表面张力、保证合适的浇注温度和拉速、合理的耐材烘烤制度、选用合适的振幅和频率以及采用正确的加渣捞渣操作等技术措施,取得了控制夹渣的良好效果,使铸坯夹渣率从24.16%降低到2.62%,解决了结晶器卷渣问题。

浸入式水口对板坯结晶器卷入渣滴影响的物理模拟

结晶器卷渣是导致连铸坯表面产生缺陷的主要原因。结晶器内钢液的流动状态与卷渣的发生及卷入渣滴的运动行为有着密切联系,而结晶器浸入式水口的结构对钢液流动有直接影响。因此,研究浸入式水口对结晶器内流体流动及卷渣现象的影响有着重要意义。通过建立相似比为1∶2的板坯结晶器水模型,系统研究了浸入式水口内径、出口角度、水口底部形状和浸入深度等对结晶器卷渣的影响。采用高速摄像机和PIV测速仪对结晶器内弯月面卷渣行为及流场分布进行了测量,同时通过图像后处理软件对数据进行了可视化分析,确定了不同工况条件下发生卷渣的临界拉速,定量统计了不同水口参数和不同吹气流量下卷入渣滴直径的变化。结果表明,卷入渣滴的运动轨迹与结晶器内流场流态存在关联。在一定范围内,采取增加水口内径、增大水口出口角度、增大水口浸入深度、采用凹底型水口等措施可降低结晶器卷渣概率,并且减小卷入渣滴直径,缩短渣滴重新上浮至渣层的时间。本研究可为优化连铸工艺参数提供技术指导。

减振器螺旋弹簧断裂分析

通过宏观、微观、金相分析、化学成分及硬度检测等方法,对某重型载货汽车运行约10000km后驾驶室减振器螺旋弹簧发生断裂问题进行分析。结果表明:减振器螺旋弹簧断裂性质为疲劳断裂,裂纹源位于弹簧第6圈下部近表面,是由连铸结晶器卷渣带入的复相脆性非金属夹杂物引起的,并提出改进措施。

CSP生产IF钢冷轧板表面线状缺陷研究

采用光学显微镜、扫描电子显微镜和能谱分析仪研究CSP生产IF钢冷轧板表面线状缺陷，分析其形成原因。结果表明，线状缺陷呈黑色细线状，长度均在100mm上下，宽度为0．5～1．0mm，缺陷处存在大量夹杂物，主要为Ca、Si的氧化物，同时含有较高的Na、K、Mg和Al等元素。线状缺陷形成的主要原因为结晶器卷渣。

IF钢冷轧板起皮缺陷原因分析与控制

针对酒钢CSP生产的IF钢冷轧板沿轧制方向出现的起皮缺陷开展了工业试验研究。研究结果发现,缺陷处存在含有K、Na元素的大型夹杂物;大样电解试验所得>300μm的大型夹杂物在铸坯内弧表面、距离内弧侧1/4处和铸坯中心位置的平均含量分别1.57 mg·10 kg^-1、0.5 mg·10 kg^-1和0.06 mg·10 kg^-1;对电解后的大型夹杂物进行成分分析后,发现铸坯中>300μm的夹杂物绝大部分含有K和Na元素,其主要成分为Al 2O 3和CaO,进一步验证了结晶器卷渣是引起IF钢冷轧板表面起皮的重要原因。通过降低结晶器液面波动和提高结晶器保护渣粘度,有效降低了起皮缺陷的发生率。

Q420B热轧角钢表面凹坑结疤缺陷成因与预防

针对∠200mm×24mm的Q420B热轧角钢酸洗后发现上表面有凹坑及结疤缺陷,采用化学成分分析、夹杂物分析、金相组织检验及电镜分析手段,对Q420B热轧角钢表面凹坑及结疤的产生原因进行了分析。分析结果表明:Q420B热轧角钢表面凹坑是由结晶器保护渣卷入钢液造成的表层卷渣,在轧制过程中,卷入的保护渣与基体变形不一致,逐渐在基体中形成分层,轧制后期保护渣层逐渐露出带材表面,脱落后形成凹坑缺陷;结疤缺陷是由于钢坏出炉温度过高导致一次氧化皮难以剥离,因除鳞不彻底,会残留一定数量的FeO,氧化铁皮材质硬而脆,塑性较差,无法与基体同步延伸,故经轧制后,铁皮呈颗块状结疤。提出了防止类似缺陷产生的措施,降低加热温度缩短保温时间,选用合适保护渣,降低水口浸入深度,改善了表面质量。

HRB400螺纹钢切分轧制开裂原因分析

HRB40014螺纹钢在四切分轧制过程中,钢材表面发生间接性无规则的开裂现象。通过宏观形貌、化学成分、低倍检验、金相检验、能谱、连铸工艺等进行分析,结果显示:钢水浇铸过程中,浸入式水口侵蚀,结晶器保护渣卷入钢液,形成大量外来夹杂物,造成应力集中,这是导致HRB40014螺纹钢轧制开裂的主要原因。

CSP生产冷轧用基板线性缺陷的分析与控制

为解决CSP工艺下冷轧用基板线性缺陷多发的难题,深入分析冷轧基板热轧卷线性缺陷和冷轧卷线性缺陷,研究缺陷与工艺的相关性,找到了工艺控制关键点。热轧卷缺陷来源于大型保护渣卷渣与水口结瘤物脱落,控制关键点在于氩站钢水的碳含量、LF精炼铝耗与出站钢水的Ca/Al比。冷轧卷缺陷小部分是划伤,大部分是小型保护渣卷渣,两者可通过表检仪形貌进行判别。控制冷轧保护渣缺陷有效措施是控制拉速、稳定节奏、减少炼钢工序的异常情况。通过联合攻关,CSP冷轧基板线性缺陷降等率从8.88%稳定控制到了2.0%以下,具有较强的实际借鉴意义。

CSP生产Q345热轧板边裂的成因分析与控制

CSP生产热轧板的边裂与连铸、加热及轧制等多工序的工艺异常有关,采用扫描电镜、金相显微镜等手段研究了Q345热轧板的边裂特征,分析其主要影响工序及成因,以提高控制措施的有效性。结果表明,典型热轧板缺陷试样边部的表面和窄边均存在轧向裂纹,裂纹开口及周围含有K、Na等保护渣特有元素的氧化物,裂纹两侧存在明显脱碳、晶粒长大等高温氧化特征,推测这些缺陷起源于结晶器卷渣形成的铸坯窄边皮下夹渣,经过高温加热、轧制演变而成;窄边裂纹一侧局部存在纤维状金属流变组织,与热轧过程边部过冷有关。降低结晶器卷渣、优化板坯加热及轧制冷却工艺,有助于降低热轧板的边裂缺陷。