连铸工艺操作：第三讲 结晶器润滑

结晶器振动的目的在于防止铸坯表面与结晶器粘结,起到脱模作用。但是在高频率小振幅的情况下,铸坯已凝固的坯壳在钢水静压力的作用下,与结晶器内壁在高温下会产生很大的摩擦力,因此必须在浇铸的情况下,向结晶器和凝固壳之间加入润滑     

连铸结晶器内圆坯热力行为分析

连铸结晶器内铸坯的凝固行为直接影响着铸坯质量。为了清楚的认识结晶器内铸坯的凝固过程,建立了二维圆坯结晶器内钢水凝固传热及弹塑性应力瞬态分析模型,基于商业有限元软件ANSYS的直接耦合法模拟计算了圆坯在结晶器冷却过程中的温度及应力分布、坯壳厚度和收缩量。模拟结果表明:圆坯出结晶器坯壳厚度为15.5mm,边界收缩量为0.5mm,圆坯表层处于压缩状态,而内部处于拉伸状态。     

结晶器磨损对连铸小方坯鼓肚变形及内裂纹形成的影响

应用连铸坯凝固传热与应力分析耦合数学模型，定量地描述了坯壳与结晶器壁间气隙的大小和分布，着重研究了器磨损对坯壳鼓肚变形和内裂纹形成的影响。结果表明：气隙首先形成于坯壳的角部区域，并且以顶角处的气隙厚度最大，逐渐向中心区扩展；当结晶器磨损严重时，坯壳偏角区成为热节区，在热节区内坯壳厚度最薄，同时在结晶器下半部产生鼓肚变形，这种变形起始于坯壳最薄弱的偏角热节约。在热节区附近的铸坯对角线凝固前沿前生的力学应变达到临界应变，使铸坯产生内裂纹。研究结果验证了严重的结晶器磨损是连铸坯产生鼓肚变形、偏角区内裂纹乃至漏钢事故的重要原因之一，也说明了铸坯偏角区内裂纹是起源于对角线的凝固前沿并向温度相对较高的两个薄弱环节－表层热节区和凝固前沿方向扩展。     

方坯连铸过程中结晶器内的热响应及振动响应

采用热电偶测温系统以及在线振动监测系统对方坯连铸机进行了长时间的在线监测,结果表明:结晶器内铸坯凝固状态与铜管温度场及振动状态存在一定的相关关系:结晶器铜管温度场的不稳定往往伴随着结晶器振动的不稳定;浇注初期坯壳凝固状态不稳定,温度波动大,振动偏摆大;拉速增大坯壳温度不均匀倾向增大,采用浸入式水口保护浇铸与敞开式油润滑浇注方式相比,结晶器换热效率更高,温度场更稳定。     

薄板坯连铸结晶器内钢液凝固行为的研究

针对薄板坯连铸漏斗型结晶器内凝固过程,采用热弹塑性有限元法,考虑铸坯与铜板的接触状态,建立了热力耦合模型。模拟分析了铸坯经过结晶器过程中坯壳内的温度场和应力场,得到了凝固坯壳形成过程的传热和变形规律。模拟结果表明：铸坯角部温度高于宽面和窄面中心温度并出现两个平台期;两个弧线段交界区域出现应力峰值,是铸坯裂纹敏感区。该结果为漏斗型结晶器形状的设计、结晶器锥度的优化以及提高连铸坯质量提供理论依据和技术基础。     

连铸坯振痕形成机理及电磁控制技术

综述连铸坯振痕形成机理，特别介绍了最近提出的一种新的振痕形成机理，认为连铸过程中结晶器振动导致初始凝固坯壳的“温度波动”是铸坯表面振痕形成的一个重要原因。为减轻振痕，改善连铸坯表面质量，介绍了多种振痕控制技术和最近提出的两种电磁连铸新技术：调幅磁场耦舍结晶器振动的电磁连铸技术和调幅磁场下无结晶器振动的电磁连铸技术。     

连铸工艺操作：———第五讲 二次冷却的控制

已凝固的坯壳从结晶器转移到二次冷却时,热传递的条件将发生根本的变化,在上节中已详细地讨论了结晶器内坯壳的形成机理,要求铸坯在离开结晶器时,凝固的坯壳符合设计的形状,有足够的强度,并无裂纹。根据铸坯凝固热平衡的测定计算,若钢水总热焓为100％,连铸机内各区散热的比例为:结晶器     

国外信息

对连铸机生产率起决定作用的是铸速。在小方坯连铸中,为了使浇铸与炼钢过程相匹配,需要将铸速提高到4m/min或更高。为此需要增大结晶器的冷却速率,以确保合适良好的连铸坯壳。由于结晶器导热率受结晶器壁与坯壳间气隙大小影响较大,     

方坯连铸机结晶器凝固传热的模型研究

开发了方坯连铸机结晶器内非稳态凝固传热的计算软件，能够预测结晶器内的温度分布和坯壳厚度。模型考虑了凝固时横、纵向以及角部气隙的存在所造成的传热不均匀。同时，采用等效比热法处理了凝固前沿产生的结晶潜热。并以生产厂方坯为研究对象，得出了结晶器温度分布规律、凝固坯壳生成规律，分析了拉速对铸坯温度和坯壳厚度的影响。结果表明，经模型计算得出的铸坯温度和结晶器出口处坯壳厚度值与现场测定的温度和拉漏数据基本相符。     

康卡斯特凸面铸坯结晶器

采用传统小方坯结晶器铸坯在凝固时,由于铸坯角部收缩,坯壳被拉离结晶器壁,由此产生了较大空隙,使导热率降低,角部坯壳生长速度随之明显降低致使坯壳生长速度严重不匀,因而铸坯极易出现纵向裂纹和挠曲缺陷。另外,坯壳的表面温差亦很大。据测,这种温差一般为90～100℃,甚至更大。这样大的温差使坯壳产生较大的内应力。当铸坯离开结晶器时其抗菱变的能力较差,纵向角裂     

板坯连铸粘结过程中粘结点和热点行为研究

粘结漏钢是高拉速下铸机易于发生的重大事故,由于对粘结后坯壳的凝固缺乏认识,生产中在遇到漏钢后常不采用降低拉速的做法,而是迅速停浇,这样不仅影响整个连铸过程的节奏,而且还造成物质上的更大损失。本文以一种粘结机理为基础,详细地讨论了粘结点与热点的概念,并通过计算阐述了通过降低拉速来处理漏钢事故(消除热点)是完全可行的。以某实际铸机及其振动参数为例,当拉速降低到0.4m/min,热点在出结晶器时其凝固坯壳厚度可能超过20mm,可以避免粘结漏钢事故带来的危险。     

板坯连铸结晶器漏钢预报系统研发(一)结晶器内热状态的有限元分析

考虑铜板结构和铸坯凝固特性,以二者接触区域为纽带,建立温度场和应力场高度耦合的有限元分析模型,通过耦合计算,发现板坯在连铸结晶器中宽窄面方向上的坯壳表面温度、坯壳生长行为及界面气隙状态沿拉坯方向上的变化规律,为分析和解决铸坯在结晶器中产生的质量问题、设计或优化有漏钢预报测温热电偶布置提供了理论依据。     

结晶器铜管锥度曲线设计与研究

首先简要论述了结晶器内钢液凝固收缩的机理,然后介绍了近年来国内外有关方坯高拉速连铸结晶器的发展情况,概述了锥度曲线设计的类型和发展。综合考虑结晶器内坯壳凝固收缩特性以及前人在锥度设计方面的经验,本文根据某钢厂对结晶器铜管的设计要求,通过对铜管变形以及铸坯温度场的数值模拟,根据坯壳收缩以及铜管的变形规律来设计锥度曲线。所设计的锥度能够很好地适应坯壳的凝固收缩特性,为进一步提高拉速提供了基础。     

新一代结晶器在线监控集成系统开发与应用

铸机拉速与铸坯质量的进一步提高强烈依赖于生产过程的在线监测和自动控制水平,不断对过程检测与控制方法提出新的要求。为适应和促进现代高效连铸技术的快速发展,先进结晶器过程监控技术的开发和应用是急需解决的核心问题。以高度的集成化、智能化和可视化为目标,本文综述了我们在结晶器监控技术研究方面的最新进展,开发的系统集成了结晶器传热、润滑和摩擦行为的实时监测和可视化等高端功能,对其中主要的方法和应用成效进行了简要阐述。     

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。     

异型坯中大型夹杂物分析

在异型坯横截面不同区域取样,采用大样电解、扫描电镜结合能谱分析对莱钢异型坯中大型夹杂物的特征、数量、形状、成份、分布和尺寸等进行了分析;结合LF精炼前后和铸坯中氧、氮变化,对莱钢异型坯清洁度和夹杂物来源进行分析;结果表明异型坯生产采用半敞开式浇铸,二次氧化严重,大型夹杂物主要为MnO-SiO2-Al2O3系夹杂,熔点较低;加上浸入水口为直孔水口,结晶器横截面窄小,异型坯比表面积较大,凝固速度较快等原因,异型坯中大型夹杂数量明显偏高;并且大型夹杂在内弧R角及腹板部分数量较多。连铸生产中,异型坯内弧R角及腹板部位坯壳应力较高,数量较多的大型夹杂物在此聚集,对裂纹形成有促进作用。     

连铸板坯角部横裂纹产生机理与预防

针对某钢厂生产连铸坯普遍存在角部裂纹的生产现状,从钢种成分控制、结晶器操作、二冷控制等方面进行了详细分析,提出了严格控制钢种化学成分、稳定结晶器液面、弱化结晶器冷却、提高铸坯矫直温度和降低二次冷却强度的控制措施。通过调整结晶器和二次冷却强度,提高了铸坯的矫直温度,减少了铸坯角裂的发生率,大大提高了铸坯的合格率,降低了企业生产成本。     

特殊钢连铸方坯中心区域宏观偏析定量化模型研究

在前人研究成果与实际连铸坯的基础上提出了新的连铸方坯中心区域宏观偏析定量化模型。该模型认为连铸方坯中心区域宏观偏析的形成过程概括为"凝固组织的确定"与"中心区域宏观偏析的形成"两个区域,并且将第二区域分为枝晶间液相的流动与重熔的发生、负偏析区的出现、中心线偏析的最终形成三个阶段。同时,对某工厂实际连铸坯进行了相应的定量化模型研究。研究结果表明要改善此连铸方坯中心区域宏观偏析的程度,最好在中心线位置处的固相率为0.76之前采取相应的措施;要想改变连铸坯的凝固组织,最好在中心线位置处的固相率为0.38之前采取相应的措施。     

电磁旋流水口在钢圆坯连铸中的作用

机械式旋流水口连铸的工业试验结果表明:弯月面的钢液温度、稳定性以及铸坯的等轴晶率等能得到显著提高。但该工艺难以工业应用。本文作者提出了一种新的旋流连铸工艺,即利用水口外的旋转电磁场对钢液的洛伦兹力,使水口内钢液形成旋转流动。本研究通过磁场和流场的三维数值模拟,分析了电磁旋流装置结构对圆坯连铸过程中浸入式水口及结晶器内钢液速度的大小及分布的影响,并应用低熔点合金进行了实验验证。结果表明:非接触方式的电磁力可以有效地使钢液在浸入式水口内产生旋转流动。在同等条件下,圆形电磁旋流装置时钢液的速度分布最对称,速度值最大;改进马蹄形时的水口内流场分布与圆形的较为接近,比采用马蹄形时的更为对称,且速度值更大。在结晶器内,电磁旋流使钢液的冲击深度变小,上返流增强。这有利于温度的均匀化,提高弯月面的温度,以及促进夹杂物的上浮。考虑工业生产的操作方便问题,改进马蹄形电磁旋流装置比较适合生产实际。电磁旋流实验的结果验证了数值模拟的结果及计算方法的可靠性。     

高效连铸结晶器冶金过程控制关键技术探讨

结合东北大学冶金过程仿真与智能控制研究组的最近研究成果,就涉及高效连铸的结晶器冶金理论及控制技术,如钢水流动行为及控制、凝固坯壳生长行为及控制、铜板热变形行为及控制、结晶器润滑机制及控制等进行分析与探讨。