连铸矫直区不同角部形状板坯表面温度的数值模拟

倒角结晶器是避免连铸坯角部横裂纹的产生、改善角部质量的新技术。通过ANSYS数值模拟,计算了不同角部形状的板坯在连铸矫直区的温度分布情况,分析了倒角角度、倒角面长度对板坯角部温度及其热塑性的影响。结果表明,倒角铸坯在提高角部温度和温度均匀性方面效果明显,铸坯角部热塑性随着温度的升高而改善。具有较高角部温度的倒角铸坯基本避开了钢的脆性区间,从而防止了角部横裂纹的产生。倒角结晶器技术在工业化生产应用中取得了良好效果。     

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针对管线钢L245钢在太钢炼钢二厂北区3号宽板坯铸机生产时铸坯角部经常出现横裂纹,造成其热轧后卷板边部存在裂纹缺陷,利用Gleeble-3800型热/力学模拟试验机对管线钢L245钢进行了高温面塑率及高温强度的测试,并用扫描电镜对测试试样断口形貌进行观察.从试验结果分析认为:管线钢1245钢的化学成分设计决定其对裂纹的敏感性,由于第Ⅲ区脆性温度区间的高温面塑率低导致其在连铸过程铸坯冷却或受力不均衡情况下铸坯角部裂纹的发生.为要避免铸坯角部横裂纹的产生,在连铸坯矫直时,其角部温度应避开第Ⅲ区脆性温度区间.     

特厚板坯单辊重压下铸坯温度与应力的分析

为获得特厚板坯重压下过程中不同压下量对铸坯温度、应力及应变的影响,从而评估铸坯出现角部以及内部裂纹的倾向,使用板坯连铸二冷软件建立了连铸过程特厚板凝固传热模型,并借助Abaqus有限元软件建立了特厚板单辊重压下应力应变模型,对连铸重压下过程中特厚板温度分布以及应力应变行为进行了数值模拟研究。结果表明,重压下会导致铸坯表面降温,中心温度降幅约为角部的1.4倍。铸坯的应力分布在厚度方向上沿中心呈现出对称性,应力由内、外弧向中心递减;角部区域温度最低,应力最大;压下量从5增加到30mm,铸坯角部最大应力从84增加到170MPa,角部裂纹倾向增加。压下量在5~30mm内,铸坯凝固前沿的最大等效塑性应变均小于临界应变,所以铸坯不会出现内裂纹。     

特厚板坯连铸机零号段设备设计研究

特厚特宽板浇筑时金属收得率低且内部组织缺陷严重,本文阐述了立式连铸生产特厚断面铸坯的重要性和必要性,介绍了零号段的设备结构及关键技术。在零号段窄边分别设置窄边辊子用以支撑铸坯窄边,在辊套上间隔布置有环形槽,防止积水造成铸坯表面的冷却不均匀性造成的裂纹。在零号段合理设置窄边喷淋冷却配管,保证铸坯窄面的凝固收缩。在浇铸700 mm厚度的铸坯时,窄边设置两个喷嘴;在浇铸700 mm以下铸坯时,窄边设置一个喷嘴,居中布置。仿真结果表明,铸坯凝固早期坯壳生长均匀,四边坯壳厚度基本相同,有效地防止了鼓肚及角裂的发生,保证了铸坯的内部质量。本文可为钢铁企业新建特厚板坯连铸机、零号段改造工程提供技术支撑和指导。     

SS400特厚板坯连铸二冷凝固过程的数值模拟研究

利用ANSYS15.0有限元软件对SS400钢种400 mm特厚板坯在过热度为30℃时,不同拉速和不同二冷区水量工况下的凝固过程,进行了数值模拟研究。结果表明,板坯在拉速为0.6 m/min时,出二冷区后的角部温度为609.1℃,铸坯中心的温度为1 279.2℃。通过改变拉速和二冷区水量的大小,可以为实际生产中SS400钢种的坯壳厚度确定及连铸工艺改进提供参考。     

70号钢连铸过程的凝固传热模型与组织研究

连铸过程的冷却制度直接影响连铸坯质量和凝固组织,因此本文建立了二维凝固传热数学模型,对连铸过程进行了模拟,得到铸坯的温度场分布及坯壳厚度的变化。首先,通过模拟结果与实际生产的连铸坯组织结合,研究了铸坯组织疏松问题。然后,模拟过程中采用控制变量法,通过改变连铸工艺参数,进一步研究了过热度、结晶器水量、拉速及比水量等对铸坯温度及坯壳厚度的影响,得出连铸一系列规律,为指导现场二冷水的分配提供了重要依据。     

S355JR+Cr钢板边部裂纹分析

在S355JR+Cr的生产过程中钢板边部出现了大量裂纹。为了查找裂纹产生的原因,采用光学显微镜、扫描电镜及能谱仪对缺陷试样进行了检查,同时在生产钢板的连铸板坯截取试样进行了酸浸低倍腐蚀试验,并对铸坯组织形貌进行了检测。结果表明,钢板裂纹部位有大量的氧化物圆点,裂纹两边的组织有局部脱碳现象,连铸坯在边部及角部分布有大量的裂纹,且显微组织中存在大量网状铁素体。通过检测结果综合分析认为,该钢板在连铸生产过程中,板坯在铁素体形成温度区域内矫直而引起铸坯边部形成大量裂纹,在随后热轧过程中,铸坯上原有裂纹在加热和轧制形变过程中扩展而导致钢板边部出现大量裂纹。     

粒子群算法在优化板坯二冷制度中的应用

提出了一种基于带有变异算子的改进粒子群算法对二冷区水量进行优化的新方法。首先应用凝固原理和时空有限体积法建立连铸板坯凝固传热的数学模型，数值模拟结果与现场实测结果相符。再利用改进粒子群优化算法对二冷区各段的水量进行优化，优化之后的二冷制度使铸坯各段表面温度冷却速率和温度回升速率趋于平缓，与冶金准则对改善铸坯冷却过程和提高产品质量的要求相吻合。     

邯钢C、Si、Mn、Nb钢中厚板边裂控制

通过对含铌钢边裂进行系统研究发现,铸坯在二冷区矫直时温度处于低塑性区域是铸坯角部横裂纹产生的主要原因,对中厚板边部质量造成严重影响。通过优化含铌钢酸溶铝与氮含量,以及对连铸二冷优化,提高铸坯边部温度等措施,有效地控制了边裂的产生。     

连铸工艺过程模拟软件的开发

用有限元方法开发了实用的连铸过程模拟软件CCSOLVER,且进行了实际应用。软件在设计上力求模块化、微机化,以及生产和研究并用的原则。软件包括了以下模块:1)初始拉坯工艺过程模拟:2)坯壳温度场和坯壳厚度分布;3)铸坯应力发展及裂纹倾向预测;4)二冷段水量分布优化;5)均热炉中和热送过程中铸坯温度变化模拟。软件在设计上涉及铸机参数、铸坯材料及连铸类型,可成为铸机设计、操作工艺制定、缺陷分析和铸坯质量控制的有力工具。     

连铸方坯直轧输送过程中温度场的数值模拟

连铸直接轧制工艺顺利进行的核心因素是连铸坯的温度,为解决连铸直轧过程铸坯温度和速度的衔接问题,采用ANSYS软件模拟了从结晶器弯月面到轧机前整个过程中铸坯的温度变化和坯壳厚度,并在此基础上分析了不同拉速、浇铸温度及比水量等工艺参数对铸坯温度、坯壳厚度、凝固终点位置的影响规律。模拟结果表明,拉速为2.8 m/min、浇铸温度为1 550 ℃、比水量为1.4 L/kg的工艺条件下,且铸坯到达轧机前平均温度保持在900 ℃以上,可以满足直接轧制工艺要求。这有利于连铸与轧制两个工序的顺利衔接,为钢厂连铸车间的改造提供一定的理论指导。     

基于改善连铸板坯中心偏析的传热仿真软件

针对连铸坯中心偏析的形成机制,本文设计开发了基于改善连铸板坯中心偏析的凝固传热仿真优化软件。软件模型细化了连铸过程中的边界条件,充分考虑了各个方向上(尤其是铸坯宽度方向)和不同铸坯表面位置的冷却边界条件差异,可准确地预测连铸过程中铸坯的凝固行为和液芯三维形状,以及分析预测铸坯的偏析区域。针对模拟分析结果,软件可以对实际铸机的冷却系统进行优化,改善连铸坯的中心偏析问题。针对AH36的实际生产工艺参数,软件对连铸板坯的液芯形状和中心偏析产生区域进行了预测。预测结果与实际生产中的铸坯中心偏析位置完全吻合。     

小方坯凝固传热数值模拟及验证

为控制帘线钢82A连铸小方坯铸坯质量,建立小方坯凝固过程二维非稳态传热数学模型,计算得到连铸过程铸坯的温度场以及液相穴长度,讨论了比水量和拉速对铸坯的温度场以及固相率分布的影响,并通过现场射钉试验对模拟结果进行验证,误差范围在±4%以内。模拟结果表明,当比水量一定时,拉速越大,铸坯中心温度降温越滞后;拉速一定时,比水量越大凝固终点越提前,当在拉速1.3 m·min-1,比水量0.3 L·kg-1时,凝固终点为12.84 m。模型能够较好地预测凝固末端位置并为凝固末端电磁搅拌提供指导。     

连铸板坯角部纵裂原因分析及控制措施

针对双流板坯连铸机提拉速至1.4~1.5 m/min后,铸坯角部裂纹发生率升高的问题,通过对纵裂试样进行化学成分分析,对纵裂处进行金相显微镜组织观察、扫描电镜及能谱分析,同时结合水模拟试验对角部裂纹的形成机理进行研究。结果表明,裂纹两侧有大量氧化圆点,纵裂在结晶器内产生;通过对结晶器冷却水水量进行优化、控制合理的结晶器倒锥度及结晶器通钢量等措施,减少了连铸坯角部纵裂现象的发生。     

基于双温度场耦合的铜板坯水平连铸过程有限元模拟

以铜合金板坯水平连铸过程为研究对象,利用有限元软件建立了板坯连铸结晶器的三维稳态模型,对结晶器内铜液凝固降温和冷却水升温进行“双温度场”同步耦合模拟计算,分析了结晶器结构中冷却水温度场、速度场等分布规律及其与铜液凝固过程之间的内在联系。结果表明,当铸造温度为1 170℃,进水温度为28℃时,铜套壁面与石墨板壁面温度场整体均以“双涡”形式分布,平均温度分别为179.68、340.88℃;当铜套的进口水压分别为0.4、0.5、0.6 MPa时,与之对应的铸坯凝固时间分别为27.82、13.76和9.76 s,即凝固速率加快,芯部的冷却强度加大,结晶线的弯曲弧度减小;当出口水压增大时,铸坯边部的温降减缓,冷却强度降低,结晶线的弯曲弧度也随之减小。     

无取向硅钢热轧边裂的形成原因

利用加热炉模拟、动态再结晶以及热模拟等试验方法以及扫描电镜、金相显微镜等分析观察手段对无取向硅钢边裂的成因进行了探讨。结果表明,长时间加热使得板坯边部晶粒异常长大,晶界氧化并脱碳,轧制过程中边部温度过低,动态再结晶过程变弱,使得板坯边部延伸性能变差,是导致硅钢边裂的主要原因。建议通过适当降低铸坯加热温度、缩短保温时间、提高终轧温度来改善硅钢边裂缺陷。     

J55边裂原因分析与工艺改进

边裂是影响邯宝炼钢J55钢种质量的一个重要因素。为了研究边裂缺陷的成因,利用金相、扫描电镜及能谱等相关试验手段对热轧卷边裂缺陷进行分析,并对连铸板坯进行对比轧制试验,证实热轧卷边裂是由连铸铸坯角部裂纹引起。对影响铸坯角部裂纹的钢水成分、结晶器保护渣、二冷水等工艺因素进行分析。通过控制钢水成分、改进保护渣性能、优化二冷配水等措施,铸坯角部裂纹缺陷比例由原来的18%降至1.26%。对实际生产及热卷边裂缺陷具有一定的指导意义。     

基于强冷策略的连铸小方坯二冷纵-横均匀冷却研究

以国内某钢厂ML40Cr钢连铸小方坯为研究对象,考虑凝固过程中结晶器气隙的形成,建立了连铸小方坯二维凝固传热模型。在避开钢的第三脆性温度区(674~814℃)与二冷强冷的前提下,将二冷比水量由0.89 L/kg增加到1.29 L/kg,二冷区2段铸坯表面喷淋水覆盖率调整为90%。结果表明,配水优化后,矫直点处连铸坯角部温度为802℃,处于钢的脆性温度区,最大回温速率较大,为122℃/m;调整喷淋水覆盖率后,矫直点处连铸坯角部温度为821℃,避开了钢的脆性温度区,最大回温速率为80℃/m,且角部温度升高了136℃,改善了角部过冷问题,较好地实现了连铸坯纵-横均匀冷却。     

连铸坯堆垛缓冷过程温度场数值模拟研究

铸坯堆垛处理是连铸-轧制区段衔接的重要缓冲单元。掌握铸坯堆垛过程的温度变化规律有利于优化改进制造生产流程。采用有限元数值模拟方法研究连铸坯堆垛过程的温度分布规律,计算了铸坯达到入炉温度时堆垛的时间。它为制定合理的铸坯下线堆垛工艺制度提供依据和参考。     

基于瞬态传热数学模型的板坯连铸二冷优化

裂纹是板坯连铸生产过程中常见的缺陷,制定合理的二冷工艺是减少铸坯裂纹的重要措施。以JBS275-B钢为对象,研究了板坯连铸二冷的工艺优化。基于凝固传热学基本理论,建立了二维板坯瞬态传热数学模型;根据高温塑性实验曲线,结合二冷区冶金原则,确定二冷区各段终点的表面目标温度;根据制定的铸坯表面目标温度,优化了二冷工艺,最终达到消除铸坯裂纹的目的。