武钢炼钢总厂实现连铸尾坯封顶“一键”自动提速

近日,武钢集团炼钢总厂四分厂连铸机尾坯封项“一键”自动提速技术一次性试验成功并正式投入使用。 据了解,连铸机浇钢过程中尾坯封顶的原设计工艺为在拉速0．3m／min时,由操作工人手动将拉速以2．5m／min2的加速度逐步提高至目标拉速封顶。     

大圆坯连铸延迟封顶收尾坯工艺的开发和应用

对比分析了?380～?800 mm大圆坯连铸尾坯的凝固组织、低倍质量与正常坯的差异;发现尾坯存在等轴晶比例低、白亮带比例高、中心缩孔和疏松级别高等问题。基于收尾坯工艺,理论分析了其产生原因,并提出了一种延迟封顶收尾坯工艺来改善尾坯质量。工业试验结果表明:延迟封顶收尾坯工艺通过在钢液面加入发热剂并按顺序关闭各段二冷水,延迟了封顶的时间,有效增加了熔池的补缩效果;在切尾长度减小0.5 m时尾坯低倍不合格比例由6.25%降低到1.96%,钢水收得率平均提高0.55%。     

连铸末期尾坯拉速的优化

为解决某厂在特厚板坯连铸生产时,因尾坯表面质量不合格而进行扒皮处理导致的铸坯判废率较高的问题,在现有终浇封顶降拉速操作的基础上,开发了新的尾坯降拉速工艺。应用流体动力学计算软件Fluent进行了降速新工艺对中间包流场影响的模拟计算。计算结果表明:该优化方案是在尾坯浇铸开始后,从拉速0.9m/min开始降拉速操作,每次降幅0.05m/min,在各拉速下的持续时为:2-5-10-5-10-5-10-5-10-5-10-5-10-10s。拉速降为0.2m/min时开始封顶,封顶时间350s,钢水铸余量不小于10t。采用新方案后,可节省降拉速操作时间243s,减小尾坯拉坯长度1.1m(坯量4.62t)。因钢水铸余量增加2t,共减少尾坯量2.62t。生产应用结果表明:该厂特厚板坯连铸机的尾坯废品发生率从30%降低到18.9%。     

工艺因素对82B钢280 mm x325 mm铸坯凝固过程的影响

为模拟不同工艺条件下的连铸坯的凝固过程,采用有限元法模拟了82B钢连铸的凝固过程,获得280 mm×325 mm连铸坯的温度场。结果表明,随拉速从0.60 m/min增加到0.76 m/min,凝固时f_s=1处与f_s=0处皆后移,但中心凝固时间反而增加了9.8%。随过热度由15℃增加到50℃时,凝固末端f_s=1处同样后移,约后移1.1 m。根据模拟结果改进连铸工艺,当拉速从0.60 m/min增加到0.76m/min,增加轻压下工艺可改善低倍质量。     

X80管线钢238 mm x 1 650 mm连铸坯温度场及凝固末端位置的数学模拟

用二维切片跟踪铸坯凝固传热的方法建立了X80管线钢（/%:0.04C,1.85Mn,0.25Si,0.006P,0.003S,0.30Ni,0.21Mo,0.06Nb,0.02V）238 mm×1650 mm板坯连铸过程中垂直拉坯方向传热的数学模型,通过ANSYS对X80管线钢连铸过程中温度场及坯壳厚度的渐变进行计算,得出拉速1.2mm/min时,出结晶器坯壳厚为18.14 mm,铸坯液芯长22.58 m。凝固壳厚度计算值射钉测试结果的相对误差≤2.5%,凝固末端位置的相对误差为0.68%。分析了过热度（25~55℃）,拉速（1.2~1.3m/min）和二冷水量（79.2~96.8 m³/h）对切片各点温度和凝固末端位置的影响。结果表明,增大拉速、减小二冷配水量,连铸坯表面温降变慢,凝固末端位置距离结晶器液面越远,凝固时间变长;该X80管线钢板坯连铸最佳工艺参数为钢水过热度35℃,拉速1.2 m/min和二冷配水量88m³/h。     

Ⅹ80管线钢238mm×1650mm连铸坯温度场及凝固末端位置的数学模拟

用二维切片跟踪铸坯凝固传热的方法建立了X80管线钢(/%:0.04C,1.85Mn,0.25Si,0.006P,0.003S,0.30Ni,0.21Mo,0.06Nb,0.02V)238 mm×1650 mm板坯连铸过程中垂直拉坯方向传热的数学模型,通过ANSYS对X80管线钢连铸过程中温度场及坯壳厚度的渐变进行计算,得出拉速1.2mm/min时,出结晶器坯壳厚为18.14 mm,铸坯液芯长22.58 m。凝固壳厚度计算值射钉测试结果的相对误差≤2.5%,凝固末端位置的相对误差为0.68%。分析了过热度(25~55℃),拉速(1.2~1.3m/min)和二冷水量(79.2~96.8 m~3/h)对切片各点温度和凝固末端位置的影响。结果表明,增大拉速、减小二冷配水量,连铸坯表面温降变慢,凝固末端位置距离结晶器液面越远,凝固时间变长;该X80管线钢板坯连铸最佳工艺参数为钢水过热度35℃,拉速1.2 m/min和二冷配水量88m~3/h。     

16MnNb钢圆坯连铸二冷制度的研究

 以某钢厂圆坯连铸机为研究对象,建立了连铸坯凝固传热模型。在不同拉速下对280 mm断面圆坯二次冷却过程进行仿真优化,确定了16MnNb钢合适的二冷制度。根据仿真结果,在最小工作拉速(0.9 m/min)下,矫直点处铸坯内弧表面中心温度为947 ℃,有效避开了铸坯的二次低延性区。在最大工作拉速(1.2 m/min)下,铸坯出结晶器时,其凝固坯壳厚度为19 mm,二冷初期产生漏钢等质量问题的可能性较小。不同拉速下,横断面温度场分布均匀。经低倍检测发现,铸坯表面及内部质量良好,无裂纹、疏松、缩孔等质量缺陷。     

25MnSiV矩形连铸坯疏松缩孔模拟研究

建立了25MnSiV矩形连铸坯凝固组织数学模型，研究了拉速、过热度、二冷区给水量对连铸坯疏松缩孔的影响规律。结果表明，提高拉速和过热度均会增加铸坯疏松缩孔比例，而增加二冷区给水量能降低铸坯疏松缩孔比例，最佳工艺参数分别为拉速1.0 m/min、过热度20℃、二冷区给水量为最大给水量的60%。     

轴承钢大方坯凝固末端特性与中心质量控制

连铸流程取代模铸锻造生产高端轴承钢是当前的发展趋势。为了改善GCr15轴承钢200 mm×240 mm大方坯连铸中常见的中心缩孔和中心偏析问题,借助数值模拟研究连铸坯传热与凝固进程,并通过工业试验调整拉速探究末端电磁搅拌(final electromagnetic stirrer, F-EMS)和轻压下(soft reduction, SR)对连铸内部质量的协同影响机制和效果,通过低倍酸侵观察不同工艺下铸坯的横纵截面缩孔疏松和裂纹情况,通过钻屑取样检测铸坯横截面上碳偏析分布。结果表明,拉速为0.95 m/min时铸坯凝固终点仅为13.0 m,此时提升F-EMS强度且使用轻压下虽然可以改善中心缩孔,但F-EMS也将更多高浓度钢液搅入铸坯中心,由于铸坯中心熔池宽度小,对高浓度溶质的稀释作用小,熔池难以稀释这些钢液从而使得铸坯中心偏析反而加剧。而在F-EMS电流强度为540 A、SR总压下为7 mm的工艺下,拉速提升至1.2和1.4 m/min时,铸坯内弧侧都产生了压下裂纹,且由于GCr15轴承钢连铸凝固两相区较宽,拉速为1.4 m/min时铸坯在铸机上产生裂纹的压下辊处,铸坯内部裂纹敏感区...     

Q345E钢Φ600mm大圆坯连铸凝固数值模拟

建立了Q345E钢Φ600 mm大圆坯凝固传热模型,利用Procast软件对其连铸凝固过程进行了数值模拟,并通过射钉试验结果验证。研究结果表明:浇铸温度对铸坯的表面与中心温度以及固液相分布影响很小;拉速每增加0.02 m/min,铸坯表面温度无明显变化,糊状区向前移动,凝固末端离结晶器液面距离增加约1.75 m;二冷比水量每增加0.01 L/kg,其二冷区表面温度约降低30℃,糊状区向后移动少量,凝固末端后移0.3 m左右;适宜的工艺条件为浇铸温度1 539℃、拉速0.22 m/min、二冷比水量0.08 L/kg。实际生产的Q345E钢Φ600 mm大圆坯中心缩孔0.5级,中心疏松1.0级,碳偏析指数不大于1.09,完全满足标准要求。     

400 mm特厚板坯尾坯表面横裂纹的控制

板坯尾坯浇铸属于非稳态浇铸,随着板坯厚度的增加,尾坯表面横裂纹成为影响铸坯质量的主要因素。通过研究钢种的化学成分、二次冷却制度和尾坯浇铸时拉速的变化等因素对尾坯表面横裂纹的影响,确定了特厚板尾坯表面横裂纹的产生机理,提出了相应的改进措施。低碳微合金钢二次冷却制度采用弱冷,控制尾坯浇铸拉速小于0.5m/min的时间要小于5min,尾坯浇铸阶段二冷水的比水量从0.35 L/min减少到0.25 L/min,控制尾坯矫直温度在933℃以上,能够有效地减少尾坯表面横裂纹,使特厚板尾坯废品率降低到5%以下。     

板坯连铸结晶器内钢液表面流速的水模型研究

以承德钢铁厂板坯连铸结晶器为原型,采用1∶1的水模型进行试验,研究了拉速、浸入式水口出口角度、水口浸入深度、水口底面结构及结晶器断面宽度等工艺参数对板坯结晶器内表面流速的影响。结果表明:拉速对表面流速的影响最大,随着拉速的提高,结晶器内钢液表面流速明显增大,当断面宽度为1 650 mm,拉速由0.7 m/min提高到1.4 m/min,表面流速由0.04 m/s提高到0.1 m/s;波浪面结构的浸入式水口表面流速效果最优。     

厚板坯连铸二次冷却传热数学模拟

在考虑二冷边界换热的条件下,建立了与厚板坯连铸机相适应的传热数学模型。用远红外测温仪测试X65管线钢230 mm×1650 mm铸坯表面温度,实验结果同模拟结果吻合较好。应用数学模型,对不同拉速下管线钢的连铸凝固过程进行了仿真计算,分析了拉速对出结晶器坯壳厚度、铸坯表面温度和液芯长度的影响,得出在给定的二冷条件下,为得到合理的铸坯表面温度,管线钢的拉速应为0.9～1.2m/min。     

浸入式水口结构对409 L钢连铸坯表面“卷渣”的影响

基于太钢409 L钢连铸生产工艺及板坯连铸机工艺参数,采用水模型实验和工业试验相结合方式研究了浸入式水口结构对结晶器内钢水流动行为及其对连铸坯[200 mm×(1 060～1 240 mm)]表面"卷渣"的影响。结果表明:使用原浸入式水口(侧孔48 mm×70 mm,和上倾15°)结晶器内钢液流场不稳定,对应连铸坯表面存在严重"卷渣"缺陷;在不改变水口结构条件下,上倾5°和上倾10°水口均无法解决连铸坯表面"卷渣";32 mm×52 mm小侧孔水口能有效解决小断面[200 mm×(900～1100 mm)]或低拉速(0.7～0.9 m/min)时409 L钢表面"卷渣";Φ60 mm内径水口对应结晶器中心平均波高在3.5～4.5mm,连铸坯表面"卷渣"缺陷由原来的36.5%降低至0.8%,该型水口不仅能适用现有断面[200 mm×(900～1320 mm)]及拉速(0.7～1.1 m/min)要求,还能提升连铸坯实物质量。     

钢液水平补缩沿程压力降数学模型及其应用

建立了水平连铸工艺无阻条件的钢液水平补缩沿程压力降模型：Δｐ＝３２μβｃＡ＾２／πｌ＾２ｔｌｎＢ〔１＋１／４ｌｎＢ（１／Ｂ＾４－１）〕１０＾－５Ｎ／ｃｍ＾２其压力降随拉坯速度的增高而增大。当中间包内钢液面稳定在７００ｍｍ时，３５ＣｒＭｏ合金结构钢的拉坯速度不应大于２．５ｍ／ｍｉｎ；启铸和停铸前阶段，需把拉坯速度下降到２．０ｍ／ｍｉｎ以下，否则钢液的初始压力不足以补偿水平补缩沿程压力损失。     

奥氏体不锈钢板坯连铸结晶器锥度的优化

针对奥氏体不锈钢连铸中的质量问题 ,对太钢三炼钢 1260mm× 160mm板坯结晶器的锥度进行了分析。通过不锈钢铸坯在结晶器内收缩的计算和拉坯速度、过热度等工艺参数对铸坯收缩影响的分析 ,得出采用双锥度结晶器比单锥度结晶器更符合铸坯在结晶器内的收缩规律 :液面附近 80～200mm区域采用较大锥度 ,液面下 200～800mm的结晶器下部 ,采用较小锥度 ,并在此基础上设计了曲线锥度结晶器。生产试验表明 ,双锥度设计显著改善了铸坯质量 ,消除了窄面鼓肚和中间凹陷等缺陷     

220mm x 1600mm板坯连铸浸入式水口倾角优化的数值模拟和应用

使用数值模拟方法研究了拉速0.9m/min时,水口倾角-7°~-11°对220mm×1600mm板坯结晶器内坯壳厚度、坯壳温度和自由液面流动的影响。模拟和应用结果得出,以拉速0.8m/min,水口倾角-15°工艺下钢液流动为标准,通过对比计算结果与标准工艺曲线,确定在0.9m/min拉速时,水口倾角为-11°为最佳工艺方案。生产应用结果表明,采用优化工艺后结晶器窄面报警频率由原15次/月降至0次/月,铸坯表面质量也有一定改善。     

常规低碳钢板坯的高速连铸工艺技术

 高速连铸具有显著减少建设投资、大幅提高产量和降低物料消耗等优势。但欧、美及国内多数钢厂均使用中低拉速连铸常规厚度板坯，主要原因是高速连铸拉漏风险增加与卷渣导致的表面质量恶化。为解决上述问题，以日本JFE为代表的钢企开发了一系列关键技术，JFE福山No.5 铸机连铸厚度220 mm低碳钢板坯最大拉速达到3.0 m/min。阐述了国内外常规板坯铸机的高速连铸发展历程。基于JFE福山No.5 CCM和首钢京唐No.3 CCM低碳钢高速连铸实践，综述了高速连铸的3项关键技术，分别是强冷却能力结晶器技术、高速连铸结晶器卷渣控制技术和电磁冶金技术，为生产冷轧薄板钢种为主的钢厂提高铸机拉速提供参考。     

Q460钢3 250 mm x 150 mm宽板坯凝固传热数值模拟研究和应用

以Q460钢(/%:0.17C,0.35Si,1.5Mn,0.020P,0.020S,0.020Nb,0.075V)3 250 mm×150 mm宽板坯为研究对象,采用ANSYS软件建立凝固传热模型,研究拉坯速度、比水量、过热度等工艺参数对铸坯凝固过程的影响。模拟结果表明:拉坯速度每增大0.10 m/min,矫直段铸坯表面温度升高36.5℃,出坯温度升高50℃,坯壳厚度减薄2.4 mm,液心长度增加1.2 m;每增加1℃的过热度,矫直点铸坯上表面中心温度增加1.73℃,延长液芯长度0.11 m;因此,拉坯速度是影响铸坯质量的关键。生产应用表明,3 250 mm×150 mm板坯拉速1.20～1.25 m/min,过热度15～20℃时板坯表面矫直温度大于950℃,降低了铸坯中心疏松和偏析,表面质量显著提高。