结晶器弯月面行为对初生坯壳的影响

由钢铁研究总院和攀枝花钢铁公司共同完成的“九五”国家重点科技攻关项目——结晶器弯月面行为对初生坯壳影响的主要技术性能指标是 :(1)提出高拉速条件下 ,液面允许波动的最大值和合理值 ;(2 )提出保护渣覆盖和熔融渣层厚度的最佳值 ;(3)铸坯表面无大块夹渣和表面渣点达到 90年代国际先进水平 ;(4)铸坯皮下无大颗粒夹杂物和无保护渣卷入。　　针对板坯连铸实现高拉速条件下 ,结晶器内初生坯壳的凝固行为 ,保护渣的润滑、振动形式及振动参数、浇铸过程中钢液的流动以及液面波动对保护渣卷入的可能性 ,同时用金相方法检查铸坯表层夹杂物的含…     

凝固坯壳对高拉速板坯连铸结晶器液面特征的影响

采用1:1的水模型研究了高拉速条件下凝固坯壳对结晶器内的流场与液面特征的影响.结果表明:考虑凝固坯壳时结晶器内的流场出现了轻微的不对称现象,在高拉速条件下（2.4 m·min-1）,有坯壳时结晶器液面最大平均波高与表面流速比没有坯壳时分别大31%和35%.对比有/无坯壳条件下自由液面形状可知:考虑凝固坯壳之后的液面变形程度比没有考虑时更大,更易导致卷渣的发生.液面波动的功傅里叶变换分析表明:考虑坯壳之后结晶器液面的高频率波动的振幅大于无坯壳的情形,所以考虑坯壳之后由于结晶器下部内腔变小,更多的流股能量集中在上回流区,使得上回流的湍流程度比无坯壳时要大,进而导致了液面波动与表面流速的增大.因此,为了缩小与实际连铸过程的差别,在高拉速的物理模拟中有必要考虑凝固坯壳的影响.      

板坯连铸结晶器非稳态流场的模拟研究

本文运用数值模拟研究方法,研究高拉速厚板坯连铸非稳态结晶器流动特性,研究浸入式水口堵塞、水口不对中对结晶器流场、液面流速和对初生坯壳的影响。高拉速厚板坯连铸,铸坯质量下降,90%表面缺陷集中在铸坯边角区域,最严重的缺陷是铸坯中心和角部纵裂。非稳态工况对结晶器的流场影响因素更为显著,研究发现水口堵塞程度、水口出口流速、流量分配比是结晶器液面流速不对称、液面波动的主要影响因素,水口不对中是钢液流股对结晶器初生坯壳局部热冲击的主要因素,因此高拉速连铸应尽量避免非稳态工况操作,确保产品质量和效率的双赢。     

高速连铸结晶器内凝固传热行为及其均匀性控制

从分析高拉速包晶钢板坯连铸结晶器内凝固传热行为特征入手,首先阐明拉速对结晶器内的界面热阻、凝固坯壳的温度与应力分布的影响规律,研究发现拉速超过1.6 m·min?1时,界面热阻明显增加,拉速由1.4 m·min?1提升至1.6 m·min?1和1.8m·min?1时,出结晶器坯壳厚度相应减少约10%,其发生漏钢的危险不断增加;在此基础上,阐述了结晶器的内腔结构、保护渣、振动与液面控制等控制结晶器内坯壳凝固均匀性的相关技术。要实现高速连铸,首要应考虑结晶器内腔结构的优化设计,使其能更好地迎合凝固坯壳的生长,研制适合包晶钢等凝固特点的专用连铸保护渣至关重要,铸坯鼓肚控制也是保障高拉速液面稳定的关键。      

拉速对小方坯结晶器液面波动影响的数值模拟

利用流体力学软件Fluent建立180 mm×180 mm铸坯结晶器内"钢-渣"两相流模型,对结晶器液面波动行为进行数值模拟,研究浸入式水口自结晶器中心位置偏离量(0~30 mm)和拉速(2.0~3.0 m/min)对结晶器液面波动行为的影响。发现在相同浸入式水口偏离量下增加拉速,钢液面波动的整体趋势增加,且偏移量与拉速越大,液面波动增幅越大;低拉速时,波谷出现在水口边缘,水口周围剧烈波动;高拉速时,波谷出现在结晶器右壁面,使得钢液液面波动加剧,容易产生卷渣。     

凝固坯壳对高拉速板坯连铸结晶器钢水流动特征的影响

 采用全比例的水力学模型,利用刺激-响应法、波高传感器、流速仪研究了考虑凝固坯壳时高拉速板坯连铸结晶器内的钢水流动、液面特征与卷渣特征。结果表明：考虑凝固坯壳后钢液到达液面的时间缩短;在高拉速条件下(2.4 m/min), 有坯壳时结晶器液面最大平均波高与表面流速比没有坯壳时分别大31 % 和17.5 %,使卷渣更容易发生。其主要原因在于考虑坯壳后结晶器下部钢液的自由流动空间变小,下回流的钢液流动受到抑制,上回流的能量变大。所以在高拉速结晶器水模拟试验过程中,有必要考虑凝固坯壳的影响。     

高拉速厚板坯连铸结晶器流场影响因素的模拟研究

运用数值模拟研究方法,研究高拉速厚板坯连铸结晶器流场的影响因素;研究浸入式水口结构、水口控流方式、水口出口角度、水口浸入深度、结晶器宽度、结晶器厚度、吹氩等因素对结晶器流场、液面流速以及初生坯壳的影响.结果表明在高拉速下,结晶器的流场不稳定因素增多,工艺参数对结晶器流场的影响因数增加.在高拉速下结晶器流场流速高,液面波动大,液钢流束冲击深度大,势必造成产品质量的下降趋势,因此高拉速厚板坯连铸过程必须采用电磁制动或流场控制技术,降低高流速带来的不利影响;水口结构与结晶器规格最优化与匹配能得到适宜的结晶器流场;同时发现高拉速钢液流束对结晶器初生坯壳的影响严重,是高拉速漏钢率高的直接原因之一.     

15CrMoG钢棒材表面缺陷机理分析和工艺改进

分析得出,棒材表面细小纵裂纹和表面裂口缺陷产生于铸坯加热之前,且与结晶器弯月面保护渣有关。利用Thermo-Calc热力学软件计算15CrMoG钢凝固相变过程,结合亚包晶钢连铸凝固特点综合分析15CrMoG钢棒材表面缺陷的产生原因和产生机理。结果表明:15CrMoG钢在固相线温度附近发生包晶反应L+δ→γ和包晶转变δ→γ,不仅导致初生坯壳生长不均匀,而且加剧P、S元素在凝固前沿的偏析。而初生坯壳不均匀是导致棒材表面缺陷根本原因。棒材表面细小纵裂纹产生于结晶器内坯壳薄弱处,经过二冷和轧制工序在夹杂物和硫偏聚处扩展长大。棒材表面裂口缺陷是初生坯壳不均匀导致结晶器内液面波动大,造成铸坯夹渣所致。通过控制[C]0.16%～0.17%、[S]≤0.005%、保护渣碱度1.2、熔点≥1200℃、粘度≥1.0Pa·s,260 mm×30mm铸坯水量150 m³/h,拉速0.5 m/min等措施,裂纹合格探伤合格率由原45%提高至98%。     

宽厚板连铸结晶器摩擦行为在线测试与分析

 结晶器/铸坯摩擦行为是影响并决定铸坯表面质量的重要因素。以宽厚板坯连铸结晶器为对象,在线检测基于液压振动装置的结晶器/铸坯摩擦力,测试和分析浇铸温度、铸坯断面、拉速与结晶器振动方式等主要工艺参数对摩擦力的影响,为考察和调控结晶器/铸坯摩擦行为提供试验基础。相同工艺条件下,摩擦力随浇铸温度的升高而降低,随铸坯断面尺寸的增加而增大。正弦、非正弦振动方式与拉速-振频、振幅振动控制模型的合理匹配,能够显著改善高拉速下的结晶器/铸坯摩擦行为,结晶器振动工艺的开发和优化对于充分发挥液压振动装置设备潜力,稳定高拉速下铸坯表面质量具有积极意义。     

高拉速条件下镀锡基板夹杂缺陷的控制

提高拉速是提高产线效能的有效措施,而高拉速条件下铸坯容易夹渣,从而导致镀锡基板夹杂缺陷。通过板卷的夹杂分析,发现结晶器保护渣的卷入是缺陷的主要来源。为了防止保护渣卷入,采取了一系列改进措施,如优化开浇操作、改进SEN水口结构和插入深度、优化防鼓肚程序、调整保护渣性能。通过上述措施的实施,镀锡板卷的夹杂平均比例由低拉速的0. 49%降低至高拉速的0. 30%,改善效果明显。     

板坯夹渣原因分析及预防

通过分析热轧卷夹渣缺陷的形貌及成分,结果显示:夹渣主要是结晶器保护渣卷入钢液中形成的。基于理论分析,得出结晶器窄边翻,水口结瘤以及液面波动是板卷夹渣缺陷的主要影响因素。最后,通过优化浸入式水口插入深度和吹氩流量,及时更换浸入式水口,以及稳定结晶器液面波动和拉坯速度等措施,显著地改善了铸坯质量,热轧归户降级率改进56.7%。     

420CL钢板坯连铸结晶器液面波动分析及改进

结合邯钢420CL钢的生产实际,比较系统地分析了420CL钢板坯结晶器液面波动的原因及影响因素,认为凝固过程中的包晶相变反应使铸坯初生坯壳不均匀是导致结晶器液面波动的根本原因。采用碳钢包晶钢专用保护渣,适当降低结晶器水量、提高二冷区上部冷却强度、抑制铸坯鼓肚等措施,可以减少结晶器的液面波动,为现场420CL钢的稳定生产提供依据。     

包晶钢结晶器液面周期性波动原因及控制

针对鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司板坯连铸在生产包晶系列钢种时．连铸结晶器钢液面周期性剧烈波动的原因进行了分析。包晶钢液在凝固过程的包晶相变造成初生坯壳的不均匀生长是导致结晶器出现液面周期性剧烈波动的主要原因。通过调整结晶器冷却水强度和控制保护渣传热性能,有效地控制了结晶器液面周期性波动,提高了铸坯质量。     

大方坯铸坯表面夹渣的实践原因分析

大方坯表面夹渣分为两种类型,一类是铸坯角部卷渣、二类是铸坯的大面镶嵌渣铁块。而结晶器液面波动过大和保护渣的性能不良对这两种夹渣类型都有很大的影响。根据夹渣的不同类型和造成夹渣的不同形式,主要从工艺上和保护渣性能上采取相应的措施解决大方坯表面夹渣问题,提高铸坯的收得率。     

结晶器液面波动成因及控制

结晶器液面波动是连铸过程中的常见现象,液面波动过大会造成铸坯夹杂物含量超标、纵裂等产品缺陷,严重的还会引起漏钢事故。系统分析了影响结晶器液面波动的因素,并提出了在夹杂物、结晶器流场、保护渣、冷却制度、拉速、液面控制系统等方面应采取的控制措施。     

高拉速连铸结晶器振动参数对板坯表面裂纹形成的影响

 结晶器振动导致初凝坯壳受力和变形是产生铸坯表面裂纹的主要原因。通过计算2.0 m/min拉速时弯月面区最大液体摩擦力和最大渣道动态压力,分析了高拉速下结晶器振动参数变化对板坯表面纵裂纹和横裂纹形成的影响,并结合振动参数对结晶器润滑和振动状态的影响,阐明减少表面裂纹的振动参数控制措施。研究结果表明：提高振频和振幅均增大铸坯表面裂纹形成的可能,振频影响强于振幅;增大非正弦振动因子降低了坯壳撕裂可能性,且对润滑有利,但使振痕加深,振动冲击加剧;适当降低振频,增大振幅和非正弦振动因子可抑制表面裂纹形成。     

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,提出了避免卷渣的改进措施     

南钢方坯连铸结晶器振动参数优化的研究

针对南钢方坯连铸在拉速提高后,振动参数在保持原模式条件下,低拉速范围结晶器导前偏大,结晶器与铸坯间的机械作用力大;高拉速下负滑脱时间偏小,保护渣耗量低,造成铸坯振痕弯曲、外凸、严重时出现钩形振痕现象的特点,对结晶器振动参数进行了优化。实践表明,采用优化的振动参数,提高了铸坯的润滑,降低了拉坯阻力,消除了钩形振痕,振痕恢复至正常圆角凹陷形。     

MCCR产线低碳钢高拉速技术研究与应用

通过统计和分析现场数据,得出限制MCCR薄板坯连铸连轧低碳钢拉速提高的主要因素为结晶器热像图中的冷齿和结晶器液面波动,对冷齿和液面波动的成因进行研究,并提出有效控制措施。研究结果表明,结晶器热像图中的冷齿与结晶器弯月面凝固收缩特性相关,受冷却铜板厚度、碳当量、拉速及保护渣影响,反映到铸坯实物上为凹陷或者裂纹缺陷,需合理匹配形成最优参数组合,以降低因冷齿造成的漏钢风险。当结晶器铜板厚度减薄量在6.7%以内时,一冷水维持原设计流量;当结晶器铜板厚度减薄量在6.8%~11.1%时,拉速4.0 m/min以上时需降低10%的一冷水流量;当结晶器铜板厚度减薄量在11.2%~15.6%时,所有拉速下需降低18%的一冷水流量,同时使用高碱度B型保护渣。针对高拉速下结晶器液面波动问题,通过数值模拟研究浸入式水口插入深度、拉速、结晶器断面宽度及电磁制动等参数对结晶器内流场和温度场的影响规律,得到不同拉速和不同断面条件下电磁制动电流的合理配置,使得拉速达到5.5 m/min时钢液面最大流速仍小于0.3 m/s。上述研究结果应用后,结晶器冷齿问题得到有效缓解,110 mm厚的薄板坯最高拉速达到5.8 m/min,结晶器液面波动控制在±1 mm以内,保护渣液渣层厚度保持在8~10 mm,结晶器热流稳定,实现了高拉速的顺稳生产。     

高拉速小方坯铸机关键技术的研发及应用

高拉速是小方坯铸机的发展方向,能够提高铸机产能,较好地实现和大转炉炉机匹配的问题。分析了对铸机高拉速影响较大的几个关键技术,包括高效结晶器、高精度振动装置、结晶器保护渣、高压二冷水等,并给出了相应的方案。生产实践表明,采用这些技术后,小方坯铸机拉速能够达到5.0 m/min,铸坯质量良好。