高速连铸结晶器内的保护渣膜

连铸结晶器中形成的保护渣膜在润滑与传热方面起重要作用,但渣膜的厚度和结构还没有完全被人们所了解。本次研究中,保护渣膜试样是取自浇铸结束后连铸结晶器内,保留浇铸期间所处位置的渣膜。通过此次试验,清楚了结晶器内弯月面处保护渣膜的厚度。根据显微镜下对渣膜截面的观察,研究了渣膜的结构,即渣膜的结晶情况。此外,基于上述观察结果,研究了结晶器内通过渣膜的传热现象,得出以下结论： （1）确认结晶器内保护渣膜的厚度约为1mm。玻璃层为连铸中钢水顶部的熔融保护渣,浇铸结束后成为薄膜,将其假定为浇铸期间的保护渣膜。 （2）按结晶器保护渣消耗量可估算出浇铸期间渣膜中的液渣层厚度。 （3）弯月面处渣膜约1mm厚时,辐射及传导的总热阻与渣膜和结晶器之间的界面热阻相等。 （4）文中提到的界面热阻可能大于实际浇铸中结晶器的热阻。原因可能是由于这些热阻是在无钢水压力情况下测得的,实际结晶器内的界面热阻似乎较小。     

连铸坯凝固过程热力耦合有限元模拟

 以铸坯和结晶器之间的间隙热阻为纽带,考虑保护渣凝固对接触热阻和渣膜热阻的影响,建立了连铸结晶器与铸坯热力耦合模型并编写了相应的有限元仿真程序。模型预测的坯壳厚度和实验结果吻合良好,两者差值≤2 mm。应用模型分析了大方坯连铸结晶器内的传热过程和坯壳的应力分布。结果表明,随着拉速提高,凝固坯壳厚度减薄,铸坯产生角部裂纹的趋势增加。     

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。      

连铸振痕的控制

为确保高速浇铸而无漏钢，必须搞清楚初期凝固坯壳与结晶器壁之间结晶器保护渣的润滑状况，同时这一点也是控制弯月面处理固壳的形成，保证板坯表面质理的基本前提。使用模拟方法计算了结晶器振动过程中，结晶器壁与坯壳间隙间流进的结晶器保护渣量，并分析了与板坯表面振痕深度相关的坯壳变形。模型计算结果与连铸板坯的表面质量吻合很好。     

方坯连铸结晶器铜管温度场分析

基于结晶器传热特点建立方坯连铸结晶器三维瞬态传热模型,利用节点温度传递模拟铸坯运行,采用ANSYS软件进行模型分析,经过充分迭代得到结晶器三维稳态温度场,并与传统二维铸坯传热模型进行对比。通过动态边界条件加载技术实现铜壁冷面水垢厚度的连续变化,分析了水垢对结晶器铜壁温度分布的影响。结果表明,在结晶器顶部区域,三维传热模型分析结果与铜壁温度分布规律基本吻合,弯月面下50 mm附近铜壁温度达到高峰,弯月面处水垢厚度由0.1增加到0.5 mm时,铜壁最高温度由187升高至318℃,铜壁高温区域扩大,铜壁变形程度增加。     

板坯连铸热顶结晶器研究

连铸热顶结晶器对改善结晶器传热状况影响显著。在结晶器热面弯月面处热镀低导热性材料,增加热阻、降低热流密度、提高初生坯壳均匀性,从而改善铸坯表面质量。数值预测每增加1 mm镀层厚度,热面温度提高10~15 K;现场在线热电偶监测数据证实,热顶结晶器能够降低铜板温度5~15 K;热顶结晶器能够降低结晶器进出口水温差(即平均热流密度),促进初生坯壳均匀生长。将热顶结晶器应用到高碳钢连铸生产,显著降低了连铸纵裂发生率。     

大方坯连铸漏钢原因分析及控制研究

针对Q235KZ钢230 mm×230 mm大方坯连铸二冷区频繁漏钢事故,采用扫描电镜、低倍腐蚀、成分分析、黏度测定、模拟计算等方法开展研究。研究发现连铸坯表面存在较长的纵裂纹,且漏钢坯壳附近存在夹渣。此外,发现结晶器内的初始凝固坯壳生长不均匀,在结晶器出口处最薄坯壳厚度为7.9 mm,最厚为20.2 mm。通过调整保护渣碱度、降低渣膜导热速率、优化二冷区水量分配,大方坯漏钢次数显著降低。     

连铸保护渣在结晶器和铸坯之间传热特性的基础性研究

为了弄清楚钢水在连铸结晶器中的热传导行为，进行了实验室试验，测定了平行侧板中结晶器保护渣的总热阻。对结晶器与保护渣膜层界面及保护渣热传导率的界面热阻关系进行了定量分析，就固体结晶器保护渣来说，观察到了两罪面间热阻相当于２０～５０μｍ的空气间隙。当结晶器表面温度大于保护渣凝固温度时，界面热阻和空隙同时消失。晶器保护渣的凝固防止了散热，相当于保护渣总热量的２０％。结晶器保护渣的导热系数取决于硅酸盐离子     

连铸坯表面裂纹

本文就连铸保护渣对星状、纵向表面裂纹的影响进行了研究。现场试验表明,星状裂纹与热流的变化有关。在坯壳与结晶器之间形成一稳定的渣膜可以消除这一缺陷,此种裂纹还可产生于镀镍结晶器,这表明星状裂纹不是由于坯壳中进入了铜,而是热流变化的结果。在弯月面的结晶器板的温度(热流)的变化影响纵向裂纹的数量。这与结晶器渣粉的效率有关,对纵向裂纹的研究主要集中在某些渣粉为什么生成裂纹的数量较多,确定了普通、贫渣粉的物理性能相当接近,这种现象是自由碳成份变化的结果(粒度小的渣粉更是如此),这将影响液渣层的深度,渣膜的厚度,热流;热流的变化造成坯壳厚度不均,所以推荐液渣层保持合适的深度以应付渣粉熔化率的波动。     

高碳钢小方坯粘结漏钢形成原因分析与控制

针对某厂高碳钢小方坯粘接漏钢发生率高的问题,通过观察高碳钢漏钢坯壳组织形貌,分析其在结晶器中运动规律,研究了粘结漏钢的形成机理。结合现场连铸生产过程参数和保护渣使用情况的调查,弄清了造成该钢种粘结漏钢的主要原因。凝固坯壳在二次弯月面附近发生粘结,在结晶器上下振动过程中粘结处坯壳发生拉断、重接和再拉断,漏钢破裂处随之逐渐下行,直至结晶器出口处发生漏钢。调查分析发现,保护渣润滑性能不良、结晶器液面波动大、过热度和拉速不合适是该钢厂高碳钢小方坯粘结漏钢的形成原因。采用可行的控制措施后,高碳钢小方坯粘结漏钢发生率从8.4%降低到1.5%。     

含TiO2无氟保护渣的传热研究及生产实践

在对结晶器无氟保护渣熔粘特性研究的基础上,研究了结晶器无氟保护渣渣膜的传热.即在保护渣熔粘特性的基础上利用添加TiO2来降低和控制铸坯及结晶器之间的热传递.结果表明:采用碱度在0.95～1.05范围内、TiO2含量为2.5%的结晶器无氟保护渣,不仅可保证连铸生产所要求的正常渣耗和结晶器进出水温差,而且铸坯表面质量良好.     

不锈钢连铸初期固态结晶器保护渣渣层的演变

在芬兰奥托昆普不锈钢厂的2号连铸机上对固态结晶器保护渣渣层的演变作了研究。为研究固态保护渣渣层的形成,在不锈钢连铸的初期阶段,在保护渣中添加了氧化钡示踪剂。实验钢种牌号为美国钢铁学会标准304钢种。实验中,浇铸一炉钢水,尾坯输出时,在结晶器顶部提取固态渣层渣样。采用的取样方式可在钢液弯月面下方取得几乎和结晶器同样宽度,长度大约为25cm的一些大尺寸渣样。从这些渣样上提取3个与钢液弯月面距离各不相同的小渣样,然后对这3个小渣样进行X射线荧光光谱分析,检测氧化钡。有些情况下在大渣样的底部边缘处检测到了最高浓度的氧化钡。大渣样底部的氧化钡浓度较高意味着在浇铸初期,钢液弯月面附近已固化的保护渣渣层已向下移动。而在钢液弯月面附近的固态渣层中的氧化钡浓度更低,意味着由于结晶器顶部液态渣层中氧化钡的浓度已下降,渣层在浇铸期间形成的时间较晚。结晶器中固态渣层的形成及渣层在弯月面下方的破裂和再固化与氧化钡的浓度密切相关。     

结晶器中弯月面区域保护渣液流场的数学模拟

用商业软件Fuent 对弯月面处保护渣的流场分布和弯月面受力情况进行了数学模拟和分析。 对于一个振动周期,在时间t=0 时,保护渣的流入量最大,此时保护渣对凝固坯壳产生负压,为使保护渣容易流人,应尽量减小此时的负压,减小保护渣与结晶器之间的摩擦力。模拟结果与南钢方坯连铸实际情况一致。     

连铸结晶器弯月面区域传热模拟

用体积控制法对连铸结晶器弯月面区域的温度场进行了数值模拟,然后用鹿岛制铁所的一整套原始数据进行验证计算,计算输出为温度场分布、凝壳表面温度、凝壳厚度、渣圈形状、渣缝隙宽度等数值结果。温度场的进一步分析表明,弯月面部分凝固是铸坯表面振痕形成的根本原因。     

钢的连铸过程结晶器与铸坯之间的传热分析

针对连铸过程中的结晶器传热模型，分析总结了结晶器与坯壳之间的热阻构成，并研究了结晶器壁和坯壳界面热流的影响因素，为传热模型的求解和结晶器锥度的优化设计提供了理论依据。     

水口类型对大方坯结晶器内钢水流动与凝固行为的影响

采用数值计算方法对比研究了直通式、4分径向以及新型4分切向水口对大方坯连铸结晶器内钢水流动与凝固行为的影响.结果表明,当前常用的直通式水口对坯壳无冲击,利于坯壳均匀生长,但钢水冲击深度大,易在弯月面处形成死区,不利于大方坯内部及表面质量的提高;改用4分水口浇铸时,结晶器宽、窄面冲击区附近都会出现不同程度的坯壳厚度零增长...     

薄板坯连铸结晶器的热性能和机械性能的分析

1　前　言目前 ,炼钢工业中一个最重要的发展趋势是开发近终形连铸钢坯的工艺。浇注厚度仅为几个厘米的薄板坯 ,用常规的精轧机在线进行直接热轧 ,这种先进的连铸工艺避免了使用粗轧机及其相应的投资。结晶器是薄板坯铸机中最重要的组成部分 ,因为在浇注过程中 ,结晶器铜板控制着钢液的初始凝固过程 ,决定着铸坯的表面质量。在操作过程中 ,虽然由于急剧的热梯度引起的结晶器变形较小 ,但会影响凝固坯壳和结晶器之间气隙的大小 ,从而制约着热传递。伴随的热应力可能引起结晶器弯月面附近永久的蠕变变形 ,影响结晶器的使用寿命。所以 ,在严格…     

提高亚包晶钢板坯拉速对结晶器传热的影响

通过对提高亚包晶钢AQ钢种230 mm×1200 mm板坯拉速试验过程中结晶器冷却水参数、铜板测温等数据进行适时记录,并与数学模型及ANSYS商业软件相结合,研究了提高拉速对结晶器平均热流、局部热流、铜板温度场以及坯壳厚度的影响。结果表明,拉速由1.3m/min提高到1.5m/min时,平均热流增加0.1 MW/m²左右,宽边弯月面区域局部热流增加0.13 MW/m²,但均在合理范围内,这与采用高碱度高结晶温度的试验保护渣有关;结晶器窄/宽面平均热流比超过0.9,应适当减少结晶器锥度;宽面坯壳厚度平均减薄4 mm左右,应严格控制结晶器传热强度,以保证连铸工艺稳定和铸坯质量。     

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…     

高频磁场下连铸保护渣润滑行为数学模型

为了研究高频磁场下连铸保护渣在结晶器内的润滑状况,建立了高频磁场下连铸保护渣润滑行为数学模型,并应用该数学模型研究了初始凝固时磁场作用下渣道宽度、弯月面高度、渣道动压、渣耗、摩擦力等因素对保护渣润滑行为的影响。结果发现,磁场的作用拓宽了保护渣渣道宽度,增大了弯月面高度,使保护渣渣道入口及出口宽度增加,使初始凝固点下移,改善了传热条件有利于铸坯表面质量提升;磁场的作用减小了因结晶器振动而产生的正压和负压,并且正、负压都是随着磁场强度的增大而减小,但磁场强度存在一个最佳值;磁场的作用增大了渣耗量,改善了铸坯与结晶器之间的润滑;铸坯与结晶器之间摩擦力随着磁场强度的增大而减小,当磁场强度为40 mT时,总摩擦力减小趋于平缓,因此磁场强度为40 mT左右时对减小摩擦力的作用效果较好。