连铸板坯结晶器内凝固坯壳裂纹敏感性研究

基于钢凝固两相区溶质微观偏析模型和连铸结晶器内坯壳凝固生长二维瞬态热/力耦合有限元模型,提出了定量化描述结晶器内坯壳凝固生长的裂纹敏感性预测模型---CSC(Cracking Susceptibility Coefficient)模型。通过分析结晶器内包晶钢坯壳凝固宏观热/力学行为和坯壳裂纹敏感系数分布,探究了板坯结晶器内包晶钢坯壳凝固生长过程中裂纹敏感性的变化规律。结果表明,典型包晶钢板坯连铸工况下,坯壳偏离角区域易产生"热点",引发坯壳凝固前沿脆性温度区宽度扩大,结晶器窄面线性单锥度极易破坏坯壳应力分布的均匀性;包晶钢板坯表面裂纹和皮下裂纹主要产生于坯壳凝固初期,坯壳角部皮下裂纹则在结晶器内大部分区域均可能产生。     

连铸板坯凝固过程中夹杂物运动模拟研究

基于CFD建立了连铸过程中钢液流动、凝固及夹杂物运动三维数学模型。考虑铸坯弧形和水口形状,研究了连铸板坯凝固坯壳对钢液流动和夹杂物运动的影响,得出了夹杂物的上浮率及在凝固铸坯上的分布。研究结果表明,铸坯凝固对钢液流场有显著影响。凝固坯壳阻碍钢液向下流动,考虑凝固的钢液回流区更靠近弯月面,钢液流出回流区更趋于向铸坯中心运动;凝固的夹杂物上浮率相对于不考虑凝固的夹杂物上浮率高。     

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。     

SS400板坯表面纵裂原因分析与改进措施

SS400钢连铸板坯在生产检验中常出现表面纵裂缺陷。对有裂纹的连铸板坯进行了高温塑性试验、低倍、金相组织和夹杂物分析。结果表明,钢水中硫含量高、钢中存在夹杂物、连铸板坯坯壳厚度不均匀、结晶器锥度和矫直温度不合理均可引起连铸板坯表面纵裂。提出了避免连铸板坯产生表面裂纹的措施。     

轴承钢连铸过程中非金属夹杂物群迁移行为的分析

为了研究轴承钢方坯连铸过程中存在的非金属夹杂物聚集问题,建立了凝固过程的流-固耦合模型,采用数值模拟和现场试验相结合的方法,研究了浇注过程中夹杂物族群的迁移行为。结果表明,在断面、结晶器搅拌强度和浸入式水口对比方面,较大断面、较强搅拌和带侧孔的水口对改善铸坯中10 μm以下的夹杂物比较有利,5～10 μm级别夹杂物最易被初生坯壳捕捉。结果显示,5 μm以下的中间包钢液中微观夹杂物数量过大,在浇注过程中会促进夹杂物族群间的碰撞迁移,导致铸坯中20～30 μm级别夹杂物数量增多,但对50 μm以上的大尺寸夹杂物影响甚微;铸坯中该大尺寸级别的夹杂物主要直接来源于中间包。这些研究结果对弄清夹杂物的来源,改善轴承钢疲劳寿命具有重要意义。     

板坯连铸中间罐结构优化及应用

对鞍钢三炼钢厂板坯连铸中间罐结构进行优化研究,发现原钢水在中间罐内的停留时间短和活塞流体积小、死区体积大,不利于钢中非金属夹杂物上浮.采用结构合理的挡墙和湍流控制装置能够改善罐内流体的流动特性,使钢包长水口注流区上方的液面流动平稳,促进钢中非金属夹杂物上浮,提高铸坯质量.     

大方坯连铸中间包快换工艺开发与应用

通过对韶钢大方坯连铸机性能的研究,结合韶钢特钢生产工艺控制以及其他钢厂中间包快换生产实践。对韶钢大方坯连铸中间包快换工艺分析,确认关键影响因素与实施流程,通过对关键影响因素的控制与研究,成功开发大方坯连铸中间包快换工艺。实践表明,采用中间包快换工艺可以有效减少换浇次时间提高连铸的作业率、提升产能、显著降低生产成本。     

基于中间包冶金工艺优化对钢液温度场的研究

以首钢82B连铸凝固传热过程为研究对象,应用FLUENT数值模拟软件对首钢中间包结构优化,研究其对铸坯凝固传热和铸坯凝固质量的影响。研究表明：中间包结构的优化改造,通过减小纵向侧壁钢液液面高度处内壁宽度,适当减小中间包两端的体积,从而减小死区,优化中间包内钢液流动和温度场分布。有利于保持钢液流场的稳定,降低钢液对耐材的侵蚀和钢液中夹杂物的含量,夹杂物的控制保证了82B在拉拔过程中质量缺陷的发生。     

板坯连铸机内钢液流动和夹杂物碰撞长大行为

采用数值模拟方法研究了板坯连铸机内钢液流动、夹杂物碰撞聚合行为.由于凝固坯壳的向下运动和上升流股的相互作用,在结晶器窄面附近形成一个角部涡.此角部涡的存在使夹杂物的浓度、数量密度和特征尺寸的分布在结晶器窄面附近产生一个极值.数值模拟结果还表明钢液的对流输运是影响夹杂物分布的重要因素.由于钢液上部回流区的存在,夹杂物分布显现环状特征.在结晶器下部,由于壁面效应和夹杂物碰撞聚合,夹杂物在中心截面上形成"W"形分布,在水平截面上形成"8"字形分布;而在铸坯窄面和水口下方对称面处,夹杂物形成"V"形分布.     

连铸结晶器保护渣功能发挥和稳定质量的系统思维

重庆钢铁股份有限公司炼钢厂的3台大型板坯连铸机,主要生产表面裂纹敏感的亚包晶钢和铸坯表面及皮下易产生卷渣缺陷的低碳低硅钢。热试车生产一段时间后,相继使用中等碱度的结晶器保护渣浇注亚包晶钢,裂纹和黏结长期不能得到有效控制;低碳低硅钢采用低黏度的碱度低于1.0的结晶器保护渣,钩状振痕突出,卷材表面条状缺陷较多。2013年后研制了亚包晶钢用高碱度结晶器保护渣、低碳低硅用中等黏度结晶器保护渣,基本满足铸坯生产质量控制要求。2017年前的一段时间企业因经营原因减产,后又在2017年恢复性提高生产规模一段时间后,保护渣出现质量波动,完全不能够满足生产表面裂纹敏感性极强的亚包晶钢的铸坯要求,低碳低硅钢也出现漏钢预报温度曲线异常的现象。对此,从质量保证体系健全和完善方面对保护渣供货和使用双方存在的问题进行探讨,分析这方面存在的问题,有利于双方加强合作和联系,供应质量稳定且能够更好地满足连铸生产需要的保护渣。     

板坯连铸黏结的原因分析及预防措施

针对连铸过程中时常发生的坯壳和结晶器铜板壁黏结情况,分析了保护渣性能、结晶器流场、保护渣充填操作、中间包温度、钢水纯净度等造成黏结的各种因素,通过采取相应措施,大大减少了黏结情况。     

减少唐钢中薄板坯连铸机黏结实践

分析了唐钢中薄板坯连铸机黏结的原因,结果表明黏结主要由保护渣在坯壳与结晶器铜板间流入不均造成,通过选择合理的水口结构和板间氩气流量,保证结晶器液位稳定,控制中间包车对中偏差3 mm以内,结晶器振幅3.0~3.5 mm,应用漏钢预报系统,优化加渣操作和换水口操作等措施,最终使唐钢中薄板坯连铸机月平均黏结次数由10次降至2次。     

薄板坯连铸结晶器捞渣操作对漏钢的有效控制

根据邯钢CSP薄板坯流程及结晶器的特点,分析了结晶器渣条的存在对黏结漏钢、夹渣漏钢、纵裂漏钢等形式漏钢的影响机理。结合结晶器液面、热流、保护渣种类、结晶器上口火焰翻腾情况、钢包烧眼、漏钢预报报警情况等众多工艺生产因素对渣条形成情况进行判断分析,达到了对结晶器捞渣操作的精细控制,优化了结晶器内坯壳的润滑和传热条件,对降低漏钢率起到了显著的效果,使得CSP年漏钢率由0.07%降低到了0.03%。     

VUHZ检测控制系统在ESP产线的应用

结晶器钢水液位检测和控制是连铸机生产控制的核心环节之一,稳定的结晶器液位对提高铸坯内部和表面质量、避免保护渣及其他非金属夹杂物卷入、减少漏钢或溢钢等生产事故具有重要意义。尤其是高拉速、高通钢量的ESP薄板坯连铸机,其对液位检测和控制的精度要求更高。以往在ESP连铸机使用的结晶器液位传感器均为NKK系统,其具有成熟的应用经验。针对VUHZ液位检测系统首次在ESP连铸机上的应用,通过优化系统控制参数、信号补偿、冷却水系统等解决了影响VUHZ传感器液位检测的问题。实践表明,在高拉速条件下,VUHZ系统液位控制精度及液位波动能够满足现场工艺生产要求。     

连铸板坯表面纵裂纹的形成原因及控制

连铸坯表面纵裂形成于结晶器内,由于凝固前沿树枝晶间富集液相导致的枝晶间脆性及结晶器中γ晶粒粗大导致的晶界脆性。在结晶器5种复杂应力的作用下,在结晶器内初生坯壳的薄弱处形成纵裂纹。坯壳出结晶器后,二冷段上部过强的冷却或对弧不良等各种应力都会促进纵裂纹的进一步扩展和延伸。为了防止纵裂纹萌生,首先要控制好结晶器保护渣及结晶器冷却工艺使结晶器传热均匀,防止坯壳凹陷变形;其次尽量降低钢中S、P等杂质元素含量,C含量避开包晶区。     

包晶钢板坯纵裂纹分析及保护渣优化

在生产Q235B、Q345B等包晶钢时,铸坯表面产生了大量的纵裂纹,通过对该缺陷的宏观形貌、金相组织以及微观形貌分析,证实该类缺陷形成于结晶器内,根本原因在于δ相向γ相转变时体积收缩引起结晶器内初生坯壳生长不均,而保护渣是其关键的影响因素。为减缓铸坯向结晶器的传热,对现有保护渣进行了优化,将保护渣碱度由1.39增加到1.53,提高保护渣结晶性能以强化弯月面钢水的缓冷,同时将熔化温度由1 171降低到1 130 ℃,1 300 ℃时黏度保持在0.08 Pa·s,确保保护渣消耗量以保证对铸坯的润滑。生产实践表明,采用优化的保护渣后,板坯表面质量明显改善,纵裂纹缺陷发生率由原来的10.58%降低到1.85%。     

小方坯9SiCr铸坯渣沟成因分析及改进措施

宣钢在生产高碳合金工具钢9SiCr过程中铸坯表面出现严重的渣沟缺陷,严重的还会导致渣沟漏钢问题。针对这些问题通过现场调研和数据分析,研究了钢种特性、钢水成分和连铸保护渣性能,得知钢中氢的质量分数高、连铸保护渣性能不匹配、连铸工艺匹配性存在问题是导致渣沟及渣沟漏钢产生的主要原因。通过将钢中氢的质量分数控制为0.000 17%~0.000 23%,将保护渣的碱度从0.83降低到0.71,并添加质量分数为0.8%的Li₂O,调整连铸工艺参数将浇铸温度控制为1 480~1 495 ℃、水口插入深度为100~120 mm和结晶器锥度为1.2%~1.5%/m,最终解决了9SiCr铸坯出现渣沟及渣沟漏钢的问题。     

中间包板间密封不良的原因分析和改进

针对连铸机生产过程因中间包板间密封不良导致的钢液二次氧化和板间滋钢问题,现场跟踪系统分析了快换机构油缸、机构滑道、机构弹簧压力、水口烘烤及水口板面等因素对密封效果的影响。分析结果表明,板间密封主要与快换机构设备精度、烘烤工艺操作及水口板面质量有关。通过提升快换机构滑道维护标准、提高弹簧压力、规范油缸行程,优化上水口和浸入式水口烘烤制度,规范板面平整度,板面涂抹石墨质涂料,推行精细化操作等措施,连铸生产过程中中间包板间密封效果大幅提升,板间密封氩气背压合格率由75%提高至98%,板间吸气造成的结晶器液位波动大于±3 mm发生率由3.0%降低至0.1%以下,板间滋钢发生率由1.5%降低至0.01%以下。     

CSP包晶钢连铸用保护渣综合理化性能的优化

为了提高保护渣在CSP生产包晶钢过程中的匹配性,针对CSP工艺的连铸特点及包晶钢的凝固特点,总结了两者对保护渣理化性能的要求;对工厂CSP包晶钢连铸保护渣1号进行优化得到保护渣2号,并通过单双丝热电偶技术、高温旋转黏度仪、扫描电镜对其熔化性能、传热性能、黏流性能、结晶性能展开了具体表征与评价。研究结果表明,保护渣2号的润滑性能与控热能力均优于保护渣1号,较好地解决了润滑与传热的之间的矛盾;除此以外,保护渣2号的熔化温度较低,熔速较快,具有良好的熔化性能。因此,保护渣2号的理化性能优异,满足了CSP包晶钢连铸保护渣的设计与性能要求。