方坯结晶器内气隙分布的数值分析

基于连铸坯壳应力遗传特性建立二维方坯热力耦合模型,利用有限元分析软件ANSYS多载荷步法进行求解。模拟并对比了三种不同结晶器锥度值下的铸坯气隙生成及其分布规律。结果表明：离弯月面60~72mm角部首先出现气隙,随后向铸坯表面中心逐渐扩展,在结晶器出口处仅铸坯表面中心区域坯壳与结晶器存在接触。在结晶器上部300mm内气隙生长速度较快。随着离开弯月面距离增加,气隙生长速度逐渐降低。气隙宽度沿结晶器高度方向分布基本符合抛物线规律。随着锥度增加,气隙出现时机逐渐推迟,气隙宽度和存在范围也相应缩小。     

不同角部形状特厚矩形坯凝固传热及应变数值模拟

 为了更加有效控制和减少连铸坯的角部横裂纹质量缺陷,根据其形成的机制,针对两种新型铸坯模型,即圆角和倒角模型进行研究。通过建立特厚连铸矩形坯在凝固过程的传热模型并进行数值模拟,得到铸坯在凝固过程沿拉速方向上温度场和坯壳厚度的分布规律,并在此基础上建立热力耦合模型,分析铸坯的应力变化,讨论了产生裂纹的可能性。研究结果表明,通过对比传统直角模型,得出圆角和倒角模型对铸坯角部温度场和应力场两个方面的分布状况都有改善,即新铸坯模型角部温度在连铸矫直段有效避开了钢的高温脆性区,同时降低了铸坯角部的应力值,减小了角部裂纹产生的可能性。     

连铸方坯轻压下内裂纹形成研究

通过Abaqus/Explict建立方坯轻压下热力耦合模型,并通过凝固相变模型计算裂纹敏感性温度区间,研究内裂纹形成机理,得到了轻压下过程方坯温度分布、应力应变状态,分析了轻压下过程中脆性温度区内裂纹与等效塑性应变、最大主应力的关系。研究结果表明,脆性温度区内应变超过临界应变或存在拉应力时内裂纹开始萌生,脆性温度区拉应力是造成裂纹形成的最要因素,分析结果为优化轻压下工艺提供参考,可以优化铸坯轻压下的变形分布,提高铸坯内部质量。     

基于元胞自动机有限元法对方坯凝固组织的数值模拟

 基于元胞自动机有限单元法(CAFE)对国内某钢厂220mm×220mm方坯的三维显微凝固组织进行模拟,分析了CAFE法模拟凝固过程显微组织的物理本质,对形核密度、枝晶尖端生长动力学、枝晶生长的择优取向以及FE与CA耦合的实现分别进行了探讨。用该方法对方坯的三维显微组织进行模拟,并对结晶器出口处方坯的角部温度、中心表面温度及坯壳厚度进行了计算。模拟结果表明：当拉速为0. 85m/min,浇铸温度为1535℃,浇钢过热度为30℃时,结晶器出口处方坯角部温度在850~950℃之间,中心表面温度在1050~1170℃之间,坯壳厚度在15mm左右,铸坯柱状晶发达,等轴晶比率较小。模拟的铸坯组织的等轴晶比例与低倍试验结果吻合较好,可以很好地预测方坯实际凝固组织。     

结晶器磨损对铸坯传热的影响

基于坯壳应力遗传特性建立铸坯热力耦合模型,利用ANSYS对结晶器内铸坯传热及应力进行数值模拟,对比分析结晶器磨损前后坯壳厚度、表面温度和气隙分布规律。结果表明:结晶器在磨损之后,偏离角部附近形成"热点"区域。气隙分布范围由距角部10 mm扩展到80 mm,最大厚度由0.1 mm增加到1.2 mm。     

连铸方坯中心缩孔和疏松缺陷的解决

介绍了攀钢2号方坯连铸机动态轻压下系统的改进,解决了铸坯中心缩孔和疏松等质量缺陷。     

EMS在首钢方坯连铸生产中的应用实践

介绍了首钢方坯连铸机结晶器电磁搅拌(M-EMS)和矩形坯M+F-EMS的试验情况.通过试验发现M+F-EMS是提高铸坯特别是高碳钢铸坯质量的有效组合,进一步改善了铸坯的缩孔、中心偏析等缺陷.     

宣钢小方坯连铸应用轻压下技术试验

针对宣钢生产55#钢150 mm×150 mm小方坯经常出现中心偏析、中心疏松和中心缩孔的问题,进行了无压下、不同轻压下量的连铸坯试验,对比分析了试验铸坯的低信号质量。综合分析了拉速、过热度、总压下量参数对铸坯质量的影响,确定最适宜的拉速为2.0 m/min,压下量为7 mm。     

连铸板坯二维纵向切片热力耦合模型研究

采用纵向切片法建立板坯二维热力耦合模型,利用有限元分析软件ANSYS对板坯的传热和鼓肚行为进行模拟,分析了连铸工艺参数对D36铸坯凝固和变形的影响。结果表明,随着拉速及浇铸温度提高和比水量下降,铸坯的表面温度升高,坯壳凝固减缓,而鼓肚量逐渐增加。与浇铸温度和比水量相比,拉速对铸坯凝固和变形的影响更加显著。     

连铸板坯轧制过程缩孔闭合行为的数值模拟

在连铸板坯的生产过程中,铸坯内部常会出现大量的缩孔,球形缩孔最为典型,缩孔导致内部缺陷,严重降低了铸坯的质量。研究运用三维有限元模型来模拟板坯轧制过程中的缩孔闭合行为,并用试验验证了模型模拟的准确性。结果表明,三维有限元模拟结果与试验结果吻合良好,模型可以正确预测了热轧过程缩孔的闭合行为。在轧制过程中,不同直径的球型缩孔的演化特征几乎相同,直径大的球形缩孔闭合过程相对较快;同一直径的缩孔距离轧件厚度中心线越远即距离铸坯表面越近,越容易闭合,缩孔闭合过程中在轧件中的相对位置没有变化。     

电磁搅拌对石油管用圆坯内部质量的改善

针对P110级石油管用圆坯27Mn2Cr钢连铸坯凝固组织差、中心缩孔严重等缺陷,结合实际生产工艺进行分析,发现不适宜的电磁搅拌工艺及与拉速匹配性差是引起上述问题的主要原因。因此,对结晶器和末端电搅强度进行测量及优化,同时建立?220 mm规格圆坯凝固传热模型,以确定合理的连铸机拉速。通过分析表明,拉速由1.30 m/min提高至1.70 m/min并搭配合理的电搅工艺,铸坯中心等轴晶所占比例由16%提高至25%,中心缩孔消失;同时铸坯内部碳偏析指数范围由0.938~1.062缩小至0.951~1.038,改善了石油套管用圆坯的内部质量。     

保护渣对430不锈钢铸坯边部凹陷缺陷的影响

针对太钢430不锈钢铸坯边部凹陷严重的问题,采用Gleeble 3800、高温原位分析仪、黏度分析仪等技术手段,系统研究430铸坯边部凹陷缺陷的产生机理和保护渣性能对边部凹陷的影响规律。研究结果表明,430铸坯边部凹陷缺陷的主要原因与保护渣的控制传热有关。保护渣碱度过小,结晶能力弱,坯壳在结晶器内冷却强度大,凝固收缩带来较大的角部扭动力而产生边部凹陷,此时铸坯边部凹陷主要发生在结晶器内;保护渣碱度过大,结晶能力强,铸坯冷却强度不够,出结晶器的坯壳厚度薄,在钢水静压力的作用下铸坯宽度产生延展效应,导致后续产生较大的凝固收缩而形成边部凹陷,此时铸坯边部凹陷主要发生在二冷阶段。保护渣碱度控制为1.00,保护渣的结晶能力适宜,既避免了结晶器内强冷带来的铸坯凹陷,又保证了出结晶器坯壳足够的厚度和强度,最终使铸坯边部凹陷深度由1.26 mm降低至0.30 mm,显著改变了铸坯表面质量。     

160mm×160mm轴承钢连铸小方坯轻压下工艺优化

摘要：针对轴承钢GCr15连铸小方坯断面的中心缩孔、中心偏析等常见内部质量缺陷，确定了轻压下区间并进行压下试验。通过对压下试验结果的分析，得到了轻压下工艺参数与铸坯中心疏松、中心偏析的关系。试验结果表明，采用凝固末端轻压下技术后轴承钢内部质量得到明显的改善，可将铸坯中心缩孔级别控制在1.0级以下，而不合理的压下量分配会导致铸坯出现压下裂纹。1号、2号拉矫辊分配较小的压下量可有效减少铸坯的压下裂纹并改善中心疏松以及中心偏析。     

连铸TP347H钢坯中Nb的偏析现象分析

采用连铸工艺生产的TP347H钢坯存在Nb偏析现象,偏析严重时,经热连轧后的管坯在斜轧穿孔时易产生内壁开裂,导致钢管成材率和综合性能降低。针对偏析现象,通过热力学计算和试验相结合的方法研究含Nb析出相的析出行为,分析影响连铸钢坯Nb偏析的主要因素和一次MX相(碳氮化铌)析出物的特征。结果表明,采用连铸工艺生产的TP347H钢成分优化应以C、Nb元素含量为主;连铸TP347H钢坯Nb的偏析现象存在于钢坯中心区域,导致了钢坯边缘与中心区域的一次MX相析出物形貌、尺寸的差别。     

连铸板坯三维二冷动态配水与精准压下研究与应用

在现有工艺条件下,校验和完善二冷区铸坯凝固传热计算数学模型,开发三维二冷配水模型,解决目前设备状况下冷却水分布不均匀对铸坯温度的影响,从而控制铸坯表面质量,特别是铸坯的角部裂纹,同时对板坯连铸二冷配水制度进行改进和优化,使之满足高效连铸生产条件和改善铸坯质量的需要。提出压下参数计算公式,结合所开发三维二冷配水模型,优化现有压下工艺,提出并应用精准可控单段压下、非稳态压下控制,集中解决连铸板坯中心偏析、中心疏松和缩孔等内部质量问题。同时优化模型数据库,使之数据更加完备,模型计算更加准确,同时模型具备异钢种混浇过程二冷及压下控制功能,能够进行凝固终点W形预测与控制,可进一步提高模型适用性和准确性。模型开发并成功在多家钢厂现场应用,有效改善了铸坯裂纹和偏析等铸坯表面和内部的质量问题。      

液芯压下过程中压下量分配对铸坯变形的影响

为了优化液芯压下工艺参数,达到改善铸坯中心处偏析和疏松的目的。基于有限元法,以结晶器出口处薄板坯横截面的温度为初始条件,利用Marc软件模拟计算了薄板坯三维热-力耦合模型带液芯压下过程,分析了压下量分配对铸坯各节点应力和应变的影响。研究结果表明,总压下量相同时,均匀的压下量有利于降低铸坯表面的应力,而局部大压下更有利于改善铸坯的中心质量。     

轻压下对GCr15轴承钢大方坯内部质量的影响

轴承钢棒材中心致密性和碳化物缺陷与大方坯铸态内部质量控制水平密切相关。以GCr15 轴承钢为研究对象,建立了大方坯连铸过程二维纵向凝固传热模型,结合现场测温试验验证了凝固模型的准确性。基于凝固末端轻压下补偿当地凝固收缩、控制中心缩孔的理论,通过对大方坯凝固进程的准确预测,揭示出其糊状区内合理的轻压下范围。其中,浇铸试验条件下对应铸坯中心固相率为0.30~0.75的合理压下区间为16.4~22.5 m。生产试验表明,轻压下对铸坯凝固组织转变与形貌影响不大,但可明显消除中心缩孔,中心疏松也可由1.5级以上稳定降至0.5~1.5级,满足轧制要求; 合理的轻压下位置和适度的轻压下量可明显改善轴承钢大方坯中心缩孔和中心疏松程度,提高轧材探伤合格率。同时也发现,压下位置与压下量分配不合理或不稳定可能诱发铸坯内裂纹,从而不利于轧材质量的稳定性和一致性。当前生产条件下,稳定拉速并在3~6号压下辊合理分配压下量可达到有效改善内部质量的目的。     

塑料模具钢SM50钢板表面裂纹成因及控制措施

针对唐山中厚板材有限公司塑料模具钢SM50钢板表面裂纹缺陷，采用生产工艺情况调查、能谱分析和金相分析相结合的方法，对裂纹产生的原因进行了深入分析。结果表明，SM50钢板表面裂纹缺陷并非铸坯原生裂纹导致，而是由于连铸坯在处于两相区时热装，铸坯晶粒度极不均匀导致的热装裂纹。通过改进现有工艺，提出了对铸坯进行下线缓冷、温装入炉的改进措施。新工艺实施后，SM50钢热装裂纹缺陷比例由原来的4.24%下降到0.30%以下，钢板表面裂纹率大幅降低。     

PMO凝固均质化技术在20CrMnTi齿轮钢上的应用

 为了解决20CrMnTi齿轮钢在生产过程中铸坯柱状晶发达及铸坯元素分布不均匀等缺陷，运用上海大学研发并已在连铸生产中取得理想效果的脉冲磁致振荡(pulsed magneto oscillation，简称PMO)凝固均质化技术对连铸20CrMnTi齿轮钢矩形坯进行均质化处理。结果表明，经PMO处理的20CrMnTi齿轮钢铸坯中心等轴晶率增加1倍左右，中心碳偏析指数从1.22降为1.04。金属原位分析仪元素面扫描检测发现，PMO处理铸坯的各元素分布更加均匀，连铸坯宏观偏析得到有效控制。该技术为今后提高连铸坯内部质量提供了一种新方法。     

电磁搅拌对石油管用圆坯内部质量的改善

针对P110级石油管用圆坯27Mn2Cr钢连铸坯凝固组织差、中心缩孔严重等缺陷,结合实际生产工艺进行分析,发现不适宜的电磁搅拌工艺及与拉速匹配性差是引起上述问题的主要原因。因此,对结晶器和末端电搅强度进行测量及优化,同时建立?220 mm规格圆坯凝固传热模型,以确定合理的连铸机拉速。通过分析表明,拉速由1.30 m/min提高至1.70 m/min并搭配合理的电搅工艺,铸坯中心等轴晶所占比例由16%提高至25%,中心缩孔消失;同时铸坯内部碳偏析指数范围由0.938~1.062缩小至0.951~1.038,改善了石油套管用圆坯的内部质量。