小方坯连铸6.0 m/min高拉速技术改善与生产实践

高拉速是小方坯连铸机螺纹钢实现低成本且绿色化生产的必要条件，是连铸整体技术进步的体现。福建三钢二炼钢3号小方坯连铸机经高效化改造，160 mm×160 mm断面螺纹钢拉速达到6.0 m/min的能力，生产过程拉速提高到4.1 m/min时发生漏钢以及铸坯拉断事故。综合采用调研及追溯等手段分析引起漏钢事故的机理及影响因素，发现结晶器振动工艺、浸入式水口插入深度及保护渣性能参数是引起漏钢的主要因素，从机理和模型角度研究了3个因素对漏钢定性和定量化影响规律。结果表明，在结晶器均匀强冷已实现条件下结晶器润滑状态对高拉速的稳定生产有决定性影响，合适的振动工艺是其限制性因素。采用优化后的结晶器振动工艺(脱模平均速率大于20 mm/s)、保护渣(碱度0.9、熔点1 020℃、黏度0.23 Pa·s)以及浸入式水口插入深度(120 mm),160 mm×160 mm断面小方坯螺纹钢拉速从4.1 m/min最终提高到6 m/min且未发生漏钢事故。     

板坯连铸粘结过程中粘结点和热点行为研究

粘结漏钢是高拉速下铸机易于发生的重大事故,由于对粘结后坯壳的凝固缺乏认识,生产中在遇到漏钢后常不采用降低拉速的做法,而是迅速停浇,这样不仅影响整个连铸过程的节奏,而且还造成物质上的更大损失。本文以一种粘结机理为基础,详细地讨论了粘结点与热点的概念,并通过计算阐述了通过降低拉速来处理漏钢事故(消除热点)是完全可行的。以某实际铸机及其振动参数为例,当拉速降低到0.4m/min,热点在出结晶器时其凝固坯壳厚度可能超过20mm,可以避免粘结漏钢事故带来的危险。     

唐钢薄板坯连铸高拉速技术优化研究

唐钢薄板坯连铸连轧线在2012年围绕提高连铸拉速对薄板坯连铸机进行工艺技术优化,优化后连铸工作拉速由原来的4 m/min以下提高到4.5～5.5 m/min,最高拉速可以达到6.0 m/min。为解决连铸拉速提高后铸坯质量缺陷增加的问题,对高拉速保护渣、浸入式水口、结晶器冷却方式和结晶器窄板进行技术优化研究。通过优化,连铸坯的裂纹缺陷率降至0.1%以下,表面夹渣缺陷率不高于0.03%,结晶器铜板寿命显著延长,漏钢率不高于0.1%,实现了高拉速下薄板坯连铸的稳定生产。     

降低CSP薄板坯连铸机漏钢率的生产实践

结合邯钢CSP生产实践,对CSP连铸机漏钢原因进行了分析并提出了预防措施。生产实践表明,通过加强中间包及结晶器的准备工作,提高开浇操作水平,可有效减少开浇漏钢。通过优化钢水成分,提高钢水纯净度,优化保护渣性能,加强结晶器铜板表面质量的检查,提高格栅表面质量,提高水口材质,保持结晶器合适的锥度,控制结晶器热流比及拉速,可有效减少浇注过程中的漏钢事故。     

马钢低碳钢板坯高拉速连铸技术的应用

为了进一步解决连铸高拉速条件下的板坯质量问题,马钢有针对性地开展了低碳钢板坯高拉速连铸技术研发工作。通过采用高效连铸防粘结技术、高效强冷结晶器控制技术、低黏度保护渣优化控制技术、水口堵塞控制技术、动态二冷凝固控制技术等技术措施,解决了高拉速条件下出现的坯壳凝固不均匀、结晶器卷渣、铸坯质量等技术难题;稳定提升1 200 mm宽断面(厚度230 mm)低碳钢铸坯拉速至1.8 m/min;拉速由1.6提至1.8 m/min之后,炉均可减少浇铸时间2.5 min,连铸平均连浇炉数达到6炉以上。技术改进后,有效缩短了浇铸周期,提高了生产效率。     

漏斗形结晶器液面流场物理试验与数值模拟分析

当FTSC薄板坯连铸机生产拉速提高到4～6 m/min时,浸入式水口通钢量增加,结晶器内流场扰动加剧,卷渣率提高,对生产顺行及铸坯质量都将产生重大影响。因此,为了解结晶器液面流场,根据实际生产情况,制作了1∶1的结晶器水物理模型,并通过Fluent软件对结晶器液面流场进行了数值模拟,研究了水口浸入深度及拉速对液面流场的影响。结果表明,在水模型物理试验中,水口浸入深度恒定为130 mm时,拉速在4～6 m/min范围内,结晶器表面流速随着拉速的提高而增大,其最大值范围为0.401～0.693 m/s;在6 m/min恒定拉速下,水口浸入深度在130～190 mm范围内,结晶器表面流速随着水口浸入深度的增加而减小,其最大值范围为0.503～0.690 m/s。在数值模拟中,水口浸入深度恒定为130 mm时,拉速在4～6 m/min范围内,结晶器表面流速随着拉速的提高而增大,其最大值范围为0.50～0.75 m/s;在6 m/min恒定拉速下,水口浸入深度在130～190 mm范围内,结晶器表面流速随着水口深入深度的增加而减小,其最大值范围为0.65～0.75 m/s。结晶器表面流速随着距水口中心距离的增大有先增加后减小的规律。     

板坯连铸过程结晶器角缝夹钢控制

针对某钢厂板坯连铸过程中结晶器角缝夹钢导致非计划断浇和漏钢事故的问题,结合长期在现场持续跟踪测量的夹钢位置、长度、角缝等数据,从设备功能精度和工艺操作两方面分析了夹钢形成的具体原因,并对其形成规律进行了研究。研究结果表明：结晶器角缝夹钢通常会发生在铸机开浇和调宽的过程中,主要与设备功能精度和操作工艺有关,通过优化结晶器铜板性能、置换结晶器碟簧、优化结晶器调宽压力程序、改进开浇防溅板、增加中间包快换结晶器角缝打胶、制定结晶器铜板维护制度等措施,板坯连铸过程结晶器角缝夹钢发生率由2.5%降低至0.01%以下。     

板坯连铸结晶器内钢液的三维流场数值模拟

采用数值模拟的方法,建立了描述某厂结晶器内钢液流动的数学模型;用有限体积法求解,研究了结晶器内的钢液流动行为,详细分析了结晶器浸入式水口(SEN)插入深度、侧孔倾角和拉速对结晶器内钢液流场的影响.得出了适合该厂连铸工艺条件的浸入式水口形式和拉坯速度,即水口合理的出口倾角应为向下15°左右;在水口结构一定条件下,水口插入深度140～170mm比较适宜;合理的拉速应控制在1.4～2.0m/min.     

三钢160 mm×160 mm连铸高拉速生产技

研究分析连铸普钢高效化的生产工艺,得出高效化连铸面临的主要问题为漏钢、铸坯内部缺陷和脱方。采用改善点状高效结晶器和高拉速保护渣、优化二冷比配水、降低钢水过热度和拉矫机压力的措施,提高了160 mm×160 mm小方坯连铸拉速,最高拉速从3.2 m/min提高到3.7 m/min。铸坯漏钢、内部质量和脱方也得到较好的控制。     

宽厚板坯连铸结晶器内的钢液流场的数值模拟

基于流体力学的基本理论,针对连铸结晶器的结构和工艺参数,利用商业软件fluent的k-ε湍流模型,实现了对结晶器内钢液流场的三维数学模拟。重点分析了浸入式水口的插入深度、水口侧孔倾角以及拉速等工艺参数对结晶器钢液流场的影响。结果表明：对于断面为2300mm×250mm的板坯结晶器,水口插入深度为150mm,水口倾角为向下15°,拉坯速度为1.2m/min时,结晶器内的流场较好。数值模拟结果可为宽厚板坯连铸结晶器确定合理工艺参数提供理论依据。     

连铸过程中小方坯中间包钢水液位控制的研究

钢液在中间包内液位直接影响到连铸生产过程的顺行和铸坯质量。着力于研究和分析方坯连铸生产过程中钢包滑动水口开口度,中间包钢液面,水口结瘤程度以及浇铸速度之间的关系,并推导出相关数学关系式。同时,基于重庆钢铁公司方坯连铸机的实际情况,计算了在一定浇铸速度和结瘤程度下,中间包内所需的理论液面高度,滑动水口的开口度,在此基础上绘制了钢包滑动水口操作控制图,以期能够实现一定的现场指导作用。     

连铸中间包水口堵塞的数值模拟

采用数值模拟方法研究了水口内钢水流场形态及各种因素对水口沉积速率的影响．模拟结果表明：滑板附近处以及水口底部的沉积比其它地方更为明显；吹氩量对水口内的压力存在较大的影响，压力在滑动水口处存在突降；滑动水口开度为66．45％时，浇铸速度为1．2m／min的情况下，要防止吸气，最小吹氩量必须大于10L／min．Al2O3的沉积速率与其浓度成线性增加关系；随着浇铸速度的提高，沉积速率也逐步增大．在吹氩量合适的范围内，吹氩能够降低沉积速率．对于同一拉速，5和30L／min的吹氩量对降低沉积速率的效果相近．     

小方坯高拉速足辊长度设计探讨

针对小方坯高拉速,足辊长度的设计会对铸坯尺寸、质量及生产带来关键影响。基于中冶南方连铸三维蠕变有限元鼓肚计算模型及小方坯高拉速实践结果,给出了确定小方坯足辊长度的具体方法和标准。针对小方坯,足辊长度确定标准为2 m非夹持鼓肚量小于0.87 mm;155 mm×155 mm小方坯要满足5 m/min拉速,足辊结束位置距离结晶器弯月面应为1.18 m,需要二排足辊。现场实践证明,试验确定足辊长度的方法和标准完全可以满足小方坯高拉速的设计和生产。     

双流板坯连铸机中间包系统优化

为了提高铸坯质量与减少中间包铸余,对中间包内腔、包盖结构、连续测温位置、非稳态拉速控制等方面优化。通过工厂生产性验证,快换中间包浇次中间包内钢水平均铸余由17.5 t降低至15.5 t、单开停浇浇次中间包内钢水平均铸余由13.5 t降低至12.5 t,连铸成坯率提高0.12%;中间包IF钢增氮不高于0.000 5%的合格率由原来76.8%提高至82.3%;夹杂缺陷封闭率和改判率降幅分别达到36%和30%。有效提高了铸坯质量,并实现连铸生产成本的降低。     

拉速对包晶钢镀锡板连铸坯中夹杂物的影响

为了研究提高拉速对包晶类镀锡板连铸坯中夹杂物的影响,采用自动扫描电镜研究了不同拉速下包晶类镀锡板连铸坯中夹杂物的分布规律。结果表明,将包晶类镀锡板连铸拉速从1.3 m/min依次提高到1.4和1.5 m/min时,结晶器液面波动大于3 mm的比例都小于0.40%。拉速为1.4和1.5 m/min下连铸坯厚度四分之一处大于3 μm的夹杂物数密度平均值分别为1.15和1.36个/mm2,面积百分数平均值分别为0.001 9%和0.002 4%,均低于拉速为1.3 m/min时的测量值。将拉速从1.3 m/min提高到1.5 m/min过程中,结晶器液面控制平稳,连铸坯表层大于10 μm夹杂物数密度和面积百分数均呈减小趋势,最终实现了包晶类镀锡板高拉速稳定的工业化生产。     

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/mm²和26.1个/mm²,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。     

水钢预应力钢绞线SWRH82B钢的冶炼工艺

水城钢铁集团公司根据GB/T24238- 2009质量标准和用户使用要求,确立了预应力钢绞线SWRH82B钢的内控成分（质量分数）：w(C)=0.79%～0.84%、w(Si)=0.15%～0.30%、w(Mn)=0.60%～0.90%、w(P)≤0.025%、w(S)≤0.015%、w(Cr)=0.25%～0.27%。采用高炉铁水→100 t顶底复吹转炉冶炼→LF炉精炼→150 mm×150 mm方坯连铸的工艺流程生产SWRH82B方坯,用于轧制SWRH82B盘条。采用的质量控制方法有：（1）采用含铝量低的合金脱氧,减少钢中的Al2O3夹杂物含量;（2）采用低氮增碳剂、低氮铁合金对钢水进行脱氧合金化,LF炉采用微正压操作,造好泡沫渣,埋弧精炼,连铸采用全封闭保护钢水浇注,使成品钢中的氮质量分数降到40×10-6以内;（3）将中间包钢水过热度控制在15～30 ℃,结晶器电磁搅拌频率5 Hz、电流320 A,铸坯拉速（1.73±0.02） m/min,二冷段气雾冷却比水量0.62 L/kg,将铸坯中心各种缺陷级别之和控制在3级以内。     

拉速对板坯倒角结晶器钢液流动的影响

为研究凝固坯壳影响时拉速变化对板坯倒角结晶器内流场和温度场的影响,通过数值模拟和物理模拟研究相结合的方法,建立了板坯倒角结晶器流动、传热及凝固三维数学模型和相似比为1∶1的断面尺寸为1 490 mm×230 mm的板坯倒角结晶器物理模型。数值模拟和物理模拟流场形态及液面相同位置流速结果进行的对比分析表明了数模和水模试验结果趋势的一致性;拉速变化对倒角结晶器内流场及温度场的数值影响明显,但对整体形态影响不大;拉速增大到1.7 m/min时液面流速过快、波动剧烈,极易出现卷渣;拉速增大会强化钢液流股对窄面凝固坯壳的冲击,导致坯壳重熔减薄;在本试验研究范围内以1.5 m/min拉速进行生产能够取得较好的综合效果。     

小方坯连铸机高速结晶器的研究与设计

本文建立了铸坯凝固传热数学模型,模拟计算了铸坯温度场、坯壳厚度、热流场、坯壳热收缩应力场、坯壳与铜壁间气隙厚度,计算坯壳厚度与实测坯壳厚度基本吻合;计算结果为连铸机生产、连铸机设计提供依据.并设计了高速结晶器,平均拉速达3.5m/min.