铜板带水平连铸生产工艺及铸坯缺陷探究

随着国民经济的持续快速发展,国内对铜合金带材的需求量也在逐年增加。水平连铸是目前生产铜及铜合金带材的重要工艺。主要从国内外水平连铸技术的发展历史、水平连铸设备、水平连铸的生产工艺流程、结晶器的基本结构和水平连铸的优点等方面对铜板带的水平连铸进行了论述与介绍。并且重点分析了铜合金板带坯在凝固过程中产生表面凹坑、气孔、晶粒不均匀、边部裂纹、反偏析、缩松等缺陷的原因,并提出了相应的改善措施,有效预防了缺陷的产生,提高了带材的成品率,延长了结晶器的使用寿命。并对铜板带水平连铸未来的发展趋势进行了展望。

紫铜板带水平连铸坯“阴阳带”问题探析

水平连铸法生产紫铜板带坯时通常采用双流结晶器,受安装精度、工艺参数等影响,生产过程中容易出现两条铸坯温差过大的现象,即“阴阳带”问题,严重影响紫铜铸坯质量,降低生产效率和产品成材率。针对某铜板带厂紫铜水平连铸坯的“阴阳带”现象以及产生原因、防止措施等展开研究,并结合模拟方法对其原理进行分析。研究表明,模具内铜液结晶位置的变化是导致铸坯出口温度变化的直接原因;铸坯下表面与石墨模具产生间隙、冷却水调节过程时间差等是导致“阴阳带”问题的主要原因。本文从结晶器装配、工艺参数调节等方面提出改善措施,以期为金属带坯的实际生产提供技术参考。

高强钢FL450X铸坯宽面边部纵向沟槽的成因分析

唐钢1700热轧线FL450X连铸板坯生产的过程中,板坯宽面边部经常出现纵向沟槽缺陷,主要集中分布在距铸坯宽面边部25~100 mm的位置,宽度为15~30 mm,深度为2~6 mm,对钢坯及成品的表面质量产生了严重影响。针对该问题,主要对连铸板坯宽面边部纵向沟槽的基本成因进行了分析,通过采取增加结晶器锥度系数以及减少结晶器铜板磨损等一系列可靠的控制措施,解决了现场实际生产中的若干问题。

二冷区位置及冷却水量对无氧铜薄板坯连铸过程的影响

以某铜加工厂无氧铜水平连铸机列实验结果为依据,利用PROCAST对无氧铜薄铸坯水平连铸过程二冷区位置及冷却水量进行分析。结果表明:降低结晶器冷却水量,加入二冷区有利于在减小热应力的同时满足该铜加工厂对铸坯出结晶器后的温度要求;二冷区的冷却水量越大,铸坯最终趋于稳定时的温度越低;因出结晶器后为空冷,二冷区位置不同对铸坯出结晶器后温度影响较小。

连铸坯表面网状裂纹

对连铸坯和热轧厚板表面网状裂纹附近的化学成分及其组织进行了分析,发现裂纹附近存在Cu和Cr元素,裂纹沿着晶界延伸.可见裂纹形成的原因为:结晶器镀铬层磨损导致铜板与连铸坯粘结,液态铜通过奥氏体晶界向铁基体内渗透.富集在奥氏体晶界的铜极大地恶化了钢的塑性是导致裂纹形成的主要原因.在此基础上提出了控制连铸坯和热轧厚板表面网状裂纹的措施.

行波磁场对水平连铸铜板坯结晶器内熔体受力和流动的影响

对行波磁场下连铸锡磷青铜的流动过程进行了数值模拟。结果表明,行波磁场的电流强度仅影响金属液的流动速度,电流强度与流动速度成正比变化;行波磁场的电流频率不仅影响金属液的流动速度,而且影响金属液的流动形态;对于二流水平连铸,施加行波磁场时需要考虑两个磁场之间的相互作用,通过调整通电方式可以避免不利影响。

板坯连铸结晶器铜板温度场的数值仿真

针对 14 0 0mm× 170mm板坯连铸机结晶器铜板的结构优化改造 ,基于控制容积的有限差分方法对改造前后两种铜板结构参数和深入式水口结构参数条件下结晶器铜板的三维稳态温度场进行了数值仿真研究。由仿真得出的结果表明 ,结晶器宽面铜板经优化改造后 (螺栓间距由 16 0mm改成 135mm、冷却水槽由 6 3条改为 5 5条 )传热效果明显增强 :在拉速为 1.4m min时弯月面附近区域改造后结晶器内弧和外弧宽面热面铜板最高温度值分别比改造前结晶器降低了 15℃和 16℃。

板坯结晶器铜板材料及表面镀层技术的发展

从板坯结晶器的功能分析出发,结合国内板坯结晶器的应用情况,介绍了板坯结晶器铜板材料和铜板表面镀层技术的发展。

结晶器窄面铜板结构优化设计

伊朗某钢厂双流板坯连铸机生产裂纹敏感性钢时角部缺陷严重,分析铸坯角部缺陷产生的原因及与浇铸现场工艺、设备参数的关系.提出采用外倒角式窄面铜板结构改善铸坯角部传热机理,该铜板不但保证连铸坯角部的缓冷,消除了铸坯角部缺陷,提高铸坯质量,而且减少窄面铜板的磨损,延长窄面铜板使用寿命,提高了企业的经济效益。

板坯连铸结晶器的热弹塑性力学分析

建立了板坯连铸结晶器三维有限元热-弹塑性力学模型,模拟了生产过程中铜板结晶器的变形和热应力分布,考察了铜板厚度、水槽深度、镍层对板坯连铸结晶器铜板变形和热应力的影响规律．结果表明,宽面和窄面中心的最大变形量分别为0．245和1．01 mm,减少铜板厚度、增大水槽深度有利于降低铜板热面最大变形量与热应力值,而镍层厚度对铜板变形和热应力分布的影响不显著．

连铸板坯表面星形裂纹的成因与控制

通过金相观察和电子探针分析,对16Mn系列钢连铸板坯表面出现的星形裂纹缺陷进行研究;通过不同的连铸工艺对比试验验证,确定星形裂纹产生的直接原因是使用无镀层的铜板结晶器所致。采用提出的改进措施,该缺陷发生率由原来的13.230％降至0.087％。

板坯连铸结晶器热行为研究

建立了结晶器三维有限元传热模型,系统地分析了铜板厚度、水槽的结构尺寸和分布、镍层对板坯连铸结晶器铜板温度分布的影响．结果表明,在操作条件允许的情况下,降低铜板厚度、增大水槽深度、减少镍层厚度有利于降低铜板热面温度,提高结晶器的使用寿命．

板坯连铸结晶器铜板温度场有限元仿真研究

采用MSC.Marc 2005r2有限元分析软件,基于某钢厂板坯连铸结晶器铜板冷却参数的优化改造,对优化前后的宽面铜板温度场进行了二维数值仿真研究,并结合仿真计算结果,讨论了铜板冷却参数对其温度场的影响效果,为结晶器铜板冷却参数(包括水槽几何结构和冷却水量)的优化设计提供了有力的分析工具。

高拉速条件下板坯连铸结晶器铜板温度场研究

本文以攀钢 1 3 50 mm板坯连铸结晶器为原形 ,通过结晶器铜板三维温度场和应力场计算 ,在实际温度测量基础上研究了弧形板坯结晶器的温度分布和应力变形状况 ,并对结晶器铜板改进设计前后的传热效果和热状态下的应力变形状况进行了对比分析 。

FTSC结晶器铜板温度场的数值仿真

为了提高薄板坯连铸铸坯质量和延长结晶器铜板的使用寿命,根据结晶器铜板的结构,建立了传热数学模型。计算了结晶器铜板的热流密度,确定出了边界条件,并对结晶器铜板温度场进行数值模拟分析。结果表明:薄板坯连铸结晶器的铜板温度场呈云层状分布。沿高度方向,从结晶器顶部到底部,结晶器铜板热面温度逐渐降低;沿宽度方向,其温度分布也不均匀。Mold-2结晶器铜板热面顶部的局部最高温度326.9℃比Mold-1结晶器的温度222.9℃高很多,这不利于结晶器铜板的使用寿命。

薄板坯连铸结晶器铜板的三维传热分析

建立了薄板坯连铸结晶器铜板的三维传热数学模型,特别是对结晶器铜板冷面的水槽和背板部分采用了交替配置不同的边界条件处理,利用Visual Fortran语言自编程序计算结晶器铜板温度场．通过对一典型薄板坯连铸结晶器铜板模拟分析,发现铜板热面温度呈现云层分布,冷面温度呈冰柱状分布．分析了各种工艺参数(拉速、铜板厚度、冷却水流速等)对结晶器铜板温度场的影响,典型位置上的计算结果与现场测量数据符合较好,为优化生产工艺参数和结晶器设计提供理论依据和实际参考数据．

结晶器铜板防热裂技术措施

随着板坯连铸机产能不断提高,济钢第三炼钢厂结晶器铜板所承受的热负荷不断增加,热裂问题日益严重,裂纹深度大多在6～8 mm。通过将结晶器铜板镀层厚度采用阶梯分布形式,优化铜板母材导热性能,铜板弯月面加开X型冷却水槽,浸入式水口改用4孔水口,裂纹深度均控制在2 mm以下,铜板单次过钢量由2.2万t提高到6万t。

宽板坯结晶器铜板的磨损原因分析与改进

本文分析了影响板坯连铸机结晶器宽面铜板磨损的主要因素,通过改进铜板表面镀层和足辊的支撑方式,并采用二次上线的使用制度,应用后取得较好的效果,减轻了铜板的磨损,结晶器的过钢量由4万吨提高到7万吨以上。

铜排连续挤压力能的工程法计算

采用工程法对连续挤压铜排的力能进行了计算,得到了连续挤压铜排模腔入口挤压应力的解析表达式及挤压应力随产品厚度和宽厚比变化的规律。考虑到溢料和堵头对挤压轮产生的扭矩,对204.5mm×7.5mm铜排连续挤压的功率进行了计算,并将其与实验中的实测值进行比较,二者误差为12%,能满足工程计算的需要。因此,该方法可为模具设计和合理选择铜排连续挤压设备提供参考。

铜纳米薄片双轴应变弹性响应的第一性原理研究

近年来,在纳米尺度的研究中应用到很多表面的技术和概念.然而,以往针对表面的研究中对象为单晶块体样品,这些研究结果将不再适用纳米材料.为了研究表面对纳米体系弹性响应的影响,选取较为简单的铜纳米薄片为研究对象,构建了铜(111)面和(001)面的薄片模型,使用第一性原理方法计算了铜纳米薄片的双轴泊松比,分析了纳米薄片与体材料的差异,研究不同厚度纳米薄片中表面对内层原子的影响.计算结果显示,表面原子层的双轴泊松比大于内部原子层,并且其收敛速度和数值大小均和薄片取向有关.根据双轴泊松比随厚度的变化特性,可以得到不同取向的纳米薄片中表面对弹性响应的临界厚度.