Research on the trajectory of non-metal inclusions with the flow in the mold during the solidification of continuous casting slabs

By means of the numerical simulation method,the mathematical model of inclusions movement in the mold is established under the condition of austenitic and ferritic stainless steel slab production.According to the simulation results,the main zones for inclusion particles accumulation were found and many factors that affected floating-up probability of inclusion particles were identified.These factors include the inclusion particle size,the casting speed and the slab width,etc.It is believed that the inclusion particle size is the key one among these factors.     

板坯连铸结晶器内非金属夹杂物伴随流动的运动踪迹研究

以实际连铸生产的奥氏体和铁素体两大类不锈钢种为对象,采用数值模拟方法研究了板坯连铸机结晶器内伴随钢液流动的非金属夹杂物运动轨迹。根据夹杂踪迹模拟结果,首先了解了夹杂颗粒在结晶器聚集的主要分布区域。其次,夹杂物在结晶器的上浮几率与夹杂物的自身粒径、铸机拉速以及结晶器宽度等有关,其中粒径是决定性因素。     

连铸坯表层夹杂轧制过程演变行为

为了研究连铸坯表层夹杂物在轧制过程中的演变行为，对板坯表层线缺陷进行分析发现，缺陷距表层几十微米，宽度约为200 μm，对其内物质进行能谱分析，发现有钠、钾元素，说明该缺陷可能是由于结晶器流场不合理等原因造成保护渣卷渣。通过建立连铸板坯表层夹杂物轧制过程有限元模型，对连铸坯头部、尾部不同位置夹杂物轧制过程中的演变行为进行了分析。结果表明，随着轧制道次的进行，夹杂物周边出现裂纹，并且随着轧制过程的进行，夹杂物周边的裂纹越来越大。轧件头部、尾部夹杂物逐渐向轧件表面移动，距离表层越近的夹杂物越容易迁移到轧件表面，而深度相同、水平位置不同的夹杂物，距轧件边缘距离越远，在轧制过程中越容易迁移到轧件表面。     

IF钢连铸坯及热轧板夹杂物研究

夹杂物是影响IF钢表面质量的重要因素。对某厂生产的IF钢连铸坯和热轧板取样, 采用光学显微镜、扫描电镜、能谱、大样电解等多种检测分析方法, 分析了夹杂物的形貌、尺寸、数量、分布以及成分等。研究发现, 热轧工艺的轧制作用使连铸坯宽度方向1/4处聚集的夹杂物向边部迁移, 最终造成热轧板边部夹杂物指数最高, 说明夹杂物聚集带在轧制过程中具有遗传性。热轧板中20 μm以下夹杂所占百分比与连铸坯中夹杂相比稍有增大, 50 μm以上夹杂所占百分比稍有降低。热轧工艺的轧制作用将连铸坯中大颗粒氧化铝夹杂挤压变形为热轧板中的长条状, 容易形成表面条状缺陷。夹杂物在连铸坯距内弧侧30 mm处存在聚集现象, 热轧板中距内弧侧0.5 mm处夹杂物指数最高, 这是由于等效应变不同使夹杂物聚集带向表层迁移。IF钢连铸坯和热轧板中主要有4类显微夹杂, 分别为Al₂O₃类、TiN、Al₂O₃-TiO_x和SiO₂类复合夹杂, 且两者中各类夹杂物所占百分比差别不大。      

连铸机结晶器流场与温度场和夹杂物排除数理模拟

以板坯连铸机结晶器为研究对象,采用数值模拟和水模试验相结合的研究方法,模拟了两种水口浇注条件下结晶器内温度、速度场分布以及钢中夹杂物上浮排除状况.试验发现,原有水口存在上循环弱、热交换慢、保护渣融化不均匀等缺点是铸坯出现表面纵裂纹和夹杂物上浮排除困难的主要原因;而新水口增强了结晶器内上循环速度,促进了钢中夹杂物的上浮.工业大生产应用结果表明,新水口能明显地降低板坯表面纵裂纹和改善铸坯洁净度.     

不锈钢连铸板坯横截面夹杂物的原位统计分布分析

采用原位统计分布分析表征技术对电磁搅拌工艺条件下生产的不锈钢连铸板坯样品横截面进行取样分析,对铸坯横截面1/4处(宽度方向)沿厚度方向的全尺寸范围、中心部位及白亮带处的铝系夹杂物含量、组成、数量、粒度分布进行解析。试验表明,由电磁搅拌产生的白亮带中C、Ti、Si各元素分布呈负偏析,其位置与低倍组织形貌中白亮带位置准确对应,Al和Ca在白亮带富集呈严重正偏析;白亮带区铝系夹杂物总量较中部区域略多,且白亮带区Al-Ca 夹杂比例略高,而中部区域Al-O 夹杂比例略高;白亮带中铝系夹杂物小颗粒比例略大,而中部区域大颗粒略多;Ca夹杂最大粒度位于白亮带,而Al夹杂最大粒度位于中部区域。采用扫描电镜结合能谱分析,验证了铸坯横截面“全尺寸” 原位统计分布分析表征结果的正确性。研究表明,与扫描电镜等微观分析技术相结合,可实现原位统计分布分析对指定部位夹杂形貌的解析。     

酒钢连铸板坯表面纵裂的成因分析及改进措施

连铸板坯表面纵裂起因于结晶器弯月面初生凝固坯壳厚度的不均匀性.针对酒泉钢铁公司4号连铸机的实际生产情况,分析了影响板坯表面纵裂的因素,发现连铸板坯纵裂与结晶器冷却强度、钢水成分、夹杂含量、拉坯速度、钢水过热度等诸因素密切相关.通过采取相应的措施,可使连铸板坯纵裂指数有一定改善.     

SAE1144钢铸坯中硫化物分布及其偏析行为分析

SAE1144是典型的中碳高硫易切削钢,钢中硫化物的形貌、大小、空间分布、偏析是影响其产品性能的关键因素.对国内某厂生产的SAE114连铸坯取样,采用金相显微镜、扫描电镜、夹杂物三维腐刻技术等表征方法开展硫化物形貌的解析,分析了铸坯中硫化物类型、空间分布、三维形貌的变化规律,并总结了硫偏析的规律.研究发现,SAE114...     

钢中非金属夹杂物形态对其去除行为的影响

采用物理模拟手段研究球形、立方体、圆柱体、树枝状、团簇状等钢中常见形状夹杂物形状修正系数的差异性,并分析粒子表面形貌和运动取向对形状修正系数的影响.粒子的形状修正系数与阻力系数满足线性正相关,可以用形状修正系数评价粒子的上浮去除能力;在体积相同情况下,同类型夹杂物粒子的去除能力依次为树枝状(垂直)<粗糙球形<立方体<圆柱(半经6 mm)<圆柱(半经4 mm)<树枝状(水平)<团簇状(水平)<光滑球形;粗糙表面的球形其表面积约为光滑球形的2倍,其形状修正系数同时增加2.1倍.简单粒子的形状修正系数受运动取向影响较小,复杂粒子则受运动取向影响较大,树枝状颗粒垂直上浮时的形状修正系数约为水平上浮时的2倍.      

气泡去除夹杂物的机理

针对非金属夹杂物引起的钢材质量问题,用高速摄像仪和图像处理软件对结晶器水模内的空气泡去除夹杂物模拟粒子的行为和机理进行了研究。结果表明,粒子通过粘附去除,俘获过程分为5个子过程,即粒子向气泡靠近并发生碰撞、粒子与气泡粘附形成液膜、液膜减到足够薄后破裂形成新的气固接触界面、粒子滑移到气泡底部、两者处于动态的稳定状态一起上浮。粒子在气泡表面上滑移时处于不稳定状态,气泡受到轻微扰动,粒子会失稳脱离液膜。     

不同拉速工艺下连铸板坯横截面中心偏析和夹杂物的原位统计分布分析

采用原位统计分布分析技术对不同拉速工艺条件下连铸板坯中心横截面的偏析特性和夹杂物分布进行了研究。通过对3.0 m/min和4.2 m/min拉速条件下C,Si,Mn,P,S及Al系夹杂物含量在连铸板坯中心横截面的分布规律对比,发现在低拉速工艺条件下,样品中C,Mn,P等元素在连铸板坯横截面的统计均匀性好于高拉速工艺条件下样品,Si,S等元素则呈现相反的规律,S,P,C等元素易形成“点状”偏析,呈不连续分散分布的特点,Al系夹杂物分布均匀,粒度小;高拉速工艺条件下,样品中S,P,C等元素易形成“带状”偏析,     

垂直段高度对特厚板坯内部夹杂物的影响

夹杂物是降低铸坯内部质量的重要缺陷。增加连铸机垂直段高度有利于减少铸坯内部夹杂物的数量并改善其分布。为了得出适宜的垂直段高度,采用数值模拟方法研究了连铸机垂直段高度对特厚板坯内部钢液流动和夹杂物运动的影响。研究结果表明,垂直段高度为3.5m时,有利于特厚板坯中夹杂物上浮并良好分布。研究结果对选择特厚板坯连铸机的垂直段高度具有重要意义。     

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，对中间包进行了改变设计，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。     

高强度工程机械用钢铸坯夹杂物分析

为了解某厂高强度工程机械用钢Q550MD铸坯夹杂物来源,优化生产工艺,提高铸坯质量,采用大样电解和夹杂物自动扫描分析方法,对铸坯中夹杂物数量、尺寸、形貌及成分进行研究。结果表明,电解试样中大型夹杂物尺寸集中在80~140 μm,形状大多为球形,主要成分为铝酸钙。铸坯中大型夹杂物在形成最终复合夹杂物前均来自于钢包,且可能发生结晶器卷渣。检测的铸坯宽度方向1/4位置发现夹杂物聚集现象,夹杂物数量明显高于边部和1/2位置,这与结晶器流场不合理有关。     

高强度工程机械用钢铸坯夹杂物分析

为了解某厂高强度工程机械用钢Q550MD铸坯夹杂物来源,优化生产工艺,提高铸坯质量,采用大样电解和夹杂物自动扫描分析方法,对铸坯中夹杂物数量、尺寸、形貌及成分进行研究。结果表明,电解试样中大型夹杂物尺寸集中在80~140 μm,形状大多为球形,主要成分为铝酸钙。铸坯中大型夹杂物在形成最终复合夹杂物前均来自于钢包,且可能发生结晶器卷渣。检测的铸坯宽度方向1/4位置发现夹杂物聚集现象,夹杂物数量明显高于边部和1/2位置,这与结晶器流场不合理有关。     

Hydraulics and Mathematics Simulation on the Weir and Gas Curtain in Tundish of Ultrathick Slab Continuous Casting

The molten steel flow pattern in continuous casting tundish could be improved if the flow control devices were properly used. With reasonable application of weir and air curtain, the disturbance at injection zone of the tundish was reduced. The flow path of the molten steel was changed, and the short-circuit flow was eliminated. Therefore, the residence time was lengthened. An air curtain with bubbles floating could promote the surface flow and improve inclusions removal. The application of weir and air curtain in an ultrathick slab continuous casting tundish was investigated with hydraulics and mathematics simulation. The residence time and dead volume fraction were studied through orthogonal experiments with different positions of the flow control devices. The efficiency of three factors was analyzed, and the optimum positions of the weir and air curtain were obtained. Besides, the discrete phase model was suitable for simulation of the interaction between gas bubbles and molten steel, and the mathematics results shown the optimum one got larger inclusion flotation rate.     

Steel flow and inclusion separation in continuous casting tundishes

A model for the calculation of flow patterns and inclusion separation in continuous casting tundishes is described. Velocity and turbulence fields for the liquid steel are calculated, assuming three-dimensional, turbulent steady-state flow. A transport equation for particles is solved, which takes into account buoyancy, convection und turbulent dispersion. Particle concentration fields and the percentage of removed particles are calculated as a function of particle rise velocity. The influence of increased tundish width and height and of dams and weirs on the rate of inclusion separation is investigated for a slab caster tundish. Non-dimensional representations and approximation expressions are discussed and used to compare the computed removal rates to measured values from literature.     

板坯连铸机中间包的物理模拟

通过对超低头板坯中间包的物理模拟，采用聚乙烯粒子模拟大颗粒夹杂物在中间包的上浮行为研究，确认采用单墙单坝的控流方式有利于夹杂的上浮，并找到了上挡墙和坝在中间包的最佳位置。同时认为以塞棒控流中间包的临界液面高度应大于150mm。     

CSP 流程低碳铝镇静钢铸坯碳覆夹杂物析出行为

在使用 CSP 工艺生产低碳或超低碳钢时,在铸坯中,特别是铸坯宽面的中心经常观察到相当数量的微米级碳覆夹杂物.通过对 CSP 流程不同的钢种铸坯取样,研究了这类夹杂物的结构特点和析出机制.指出碳覆夹杂物呈双层结构,外面包裹一层富碳层、中心为钙铝酸盐或含 CaO 的复合夹杂物.热力学计算结果显示这层富碳物质并非 CaC2.通过对比球墨铸铁中球状石墨的形成条件,指出 CSP 铸坯中存在冷却速度快、S 元素含量低、加钙处理后促球化元素 Ca、Mg 含量相对较高,有大量夹杂物作为形核核心等促进碳覆夹杂物析出的有利条件.C 为易偏析元素,在低碳或超低碳钢铸坯凝固过程中液芯中 C 含量的升高,能够析出球状的碳覆夹杂物.并指出由于碳覆夹杂物的析出,中心钢基体 C 含量降低,碳覆夹杂物析出能够减轻铸坯凝固过程中 C元素的偏析程度.     

拉速变化对IF钢铸坯非金属夹杂物含量的影响

采用原位统计分布分析仪（OPA）对IF钢连铸过程拉速变动对铸坯表层试样非金属夹杂物含量的影响进行了研究，发现在由较高拉速（1．4m／min）向低拉速（0．6m／min）变动时，对结晶器保护渣卷入的影响主要发生在降速初期，而随后的降速和低拉速下停止降速对铸坯表层试样夹杂物含量影响不大。当由较低拉速（0．6m／min）向高拉速（1．4m／min）变动时，对保护渣卷渣的影响主要发生在提升到高拉速后停止升速阶段，而低拉速时启动升速和随后均匀升速对铸坯夹杂物含量的影响不大。研究中还发现在较高拉速下（1．4m／min）即使较少量地变速，也会造成铸坯表层夹杂物含量的显著增加，因此在较高拉速时应避免对拉速进行变动或尽量采用低的拉速改变速率。采用数值模拟方法对拉速变化影响进行的研究结果同样表明，在较高拉速下发生的拉速变化，对结晶器内钢水流动有更显著的影响。