Development of soft reduction zone prediction model for medimn-thick slab continuous caster

以鞍钢股份有限公司炼钢总厂四工区中厚板坯连铸机为对象，基于凝固一传热学基本理论，建立了板坯连铸三维凝固传热计算模型。该模型根据二冷区铸坯表面实际水流密度分布和辊子接触传热建立边界条件，计算出整个铸坯固相分数分布，并实现了不同钢种和不同工艺条件下铸坯的凝固末端位置的可视化处理，确保现场工艺人员能够针对不同钢种制定相应的轻压下工艺，为新钢种生产工艺开发创造了有利条件。     

板坯连铸过程热收缩变形行为研究

连铸过程铸坯已凝固坯壳因冷却降温发生热收缩变形，该变形是制定连铸机基础收缩辊缝的重要依据。以板坯连铸过程为对象，建立了三维热-力耦合有限元模型，揭示了板坯连铸过程已凝固坯壳沿厚度方向热收缩变形规律。结果表明，浇铸过程中坯壳热收缩变形不断增大，在凝固终点位置热收缩出现短时加速增大趋势，铸机末端位置坯壳宽向中心位置热收缩约8 mm；板坯宽向不同位置热收缩变形存在较明显差异，由宽向中心至铸坯角部方向，已凝固坯壳厚度方向热收缩变形呈先减小后增大趋势。随着拉速增加，相同铸流位置热收缩变形减小，拉速增加0.1 m/min，铸机末端位置的坯壳宽向中心与宽向1/8位置热收缩减小约1.2 mm。研究结果为优化铸机基础收缩辊缝，改善因不合理基础辊缝导致的铸坯内部质量问题提供了数据支撑。     

高效连铸抛物线锥度结晶器的研究与设计

应用凝固理论对高效连铸条件下结晶器内初生坯壳生长规律、铸坯的凝固收缩特性进行了系统研究。利用结晶器锥度设计的最小气隙原则,建立结晶器设计计算模型,开发出高效连铸抛物线锥度结晶器设计系统。该系统可依据工艺条件设计出满足不同钢种和拉速条件的结晶器锥度、内腔曲线方程、上下口以及任意间位置的内腔尺寸,为结晶器的生产提供操作数据和理论依据。最后分别讨论了钢种、结晶器长度、拽坯速度、铸坯断面尺寸与结晶器锥度、凝固收缩系数的关系。     

不锈钢板坯连铸自由线收缩与辊缝研究

建立了连铸板坯凝固传热与自由线收缩计算模型。揭示了不锈钢板坯连铸凝固与冷却过程线收缩的一般规律,为铸机基础辊缝锥度曲线的设计提供了合理依据。针对304不锈钢板坯连铸,结合实际生产冷却条件的计算分析表明：连铸过程板坯厚度的自由线收缩在二冷初期较为平缓,二冷后期铸坯凝固末端附近为快速线收缩阶段;目标表面温度下,拉速对板坯厚度线收缩量与线收缩率差异影响显著;板坯断面厚度影响次之,浇铸过热度影响不明显。此外,板坯厚度的线收缩沿宽向分布并不均匀,其中角部附近的线收缩量最大,不同部位的线收缩范围构成了该钢种连铸的辊缝设定操作窗口。     

水平连铸方坯的凝固传热

本文根据西德Technica Guss水平连铸工艺,采用计算机数值模拟的方法来研究水平连铸方坯的凝固传热。经试验验证表明,可利用该凝固传热模型来预报采用不同连铸工艺参数时的铸坯温度和坯壳厚度分布及液芯长度。浇铸温度Tp、拉坯速度V、结晶器冷却水量Q和冷却水温差ΔTw等主要连铸工艺参数均不同程度地影响铸坯的凝固特性,其中拉坯速度V和冷却水温差ΔTw的影响最为显著。     

基于Fluent对水平连铸结晶器温度场分布及传热的研究

以水平连铸圆坯连铸生产工艺为研究对象,采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验共同研究了管坯在不同拉坯工艺条件下,结晶器内的温度场分布与凝固传热过程,并对不同拉坯参数下铸坯试样进行了检测分析。研究发现：水平连铸拉坯工艺参数：拉速V=2．13m／min,浇注温度T=1544℃,中间包过热度△T=40℃的拉坯参数下,结晶器内的温度场分布均匀稳定,铸坯质量好,产量高。研究表明,采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验可以有效分析在不同拉坯工艺条件下水平连铸结晶器内的温度场分布及凝固传热过程,并进一步制定合理的拉坯工艺参数,降低管坯质量缺陷的发生,提高铸坯质量。     

板坯凝固收缩与扇形段辊缝优化设计研究

针对炼钢厂铸机扇形段寿命随着高强度钢的生产日益降低的问题,采用数值模拟的方法对铸机浇铸高强钢过程中的铸坯凝固传热和凝固收缩问题进行研究,利用钢种的热膨胀系数对铸坯自由凝固收缩变形行为进行分析。通过计算分析发现钢种的凝固收缩特性与其相变过程的质量密度密切相关,利用铸坯温度场和钢种热收缩特性研究铸坯在铸机扇形段内厚度方向的收缩,优化扇形段辊缝设置。通过调整辊缝调整适应铸坯缩量,减少铸坯对扇形段负载,降低拉坯阻力。通过以上措施的应用,铸机扇形段更换量得到降低,水平段更换量降低了32%,驱动辊扭矩由调整前的25.15%下降到调整后的18.8%。     

水钢方坯连铸保护渣系列化探讨

连铸保护渣对维持连铸工艺的顺行和提高铸坯表面质量具有重要作用.由于连铸工艺和钢种的差别,对应的连铸保护渣的合理的理化性能也不尽相同.针对水钢小方坯连铸工艺,以钢种的凝固特性为出发点,对连铸保护渣进行了系列化探讨.在结合铸坯表面质量与连铸保护渣性能匹配关系调查的基础上,对目前主要钢种包括低碳钢、中碳钢和高碳钢小方坯连铸保护渣合理理化性能进行了系列规划.     

大方坯连铸温度场动态仿真系统的开发与应用

基于凝固传热学基本理论与对大方坯连铸工况进行分析，建立了大方坯动态铸坯温度场跟踪模型、动态工况模型和设备与工艺参数库，开发了大方坯连铸温度场动态仿真系统。利用包钢新建大方坯连铸机仿真系统对20^#，45^#，U75V三个钢种在不同工况下的温度场进行了模拟。射钉实验证明，仿真结果达到工艺要求的精度，仿真系统能够真实准确地模拟连铸浇铸全过程中铸坯温度场分布，再现大方坯浇铸的动态过程，并精确计算大方坯连铸的凝固终点位置，为大方坯动态二冷配水与动态轻压下新技术的在线控制系统的应用提供了重要技术支持。该仿真系统设计界面友好、操作简捷，可作为生产过程中工艺参数优化和离线仿真的有效平台。     

喷嘴喷淋距离对连铸小方坯二冷均匀性的影响

研究了不同喷淋距离下连铸小方坯二冷喷嘴的水量分布,建立了凝固传热模型分析了82B钢连铸坯的热行为。该模型特别考虑了二冷区铸坯表面宽度方向的水流密度分布,并根据铸坯表面测温结果进行了模型校正。采用凝固传热模型研究了喷嘴喷淋距离对连铸二冷均匀性的影响。结果表明:喷嘴喷淋距离的增加有助于提高二冷水横向分布的均匀性,导致铸坯表面温度横向均匀性降低、纵向均匀性提高。这些效果有助于改善铸坯内部裂纹,但是会对角部裂纹产生不利影响。在二冷区前段喷嘴采用低喷淋距离,二冷区末段采用高喷淋距离,既可以提高铸坯角部温度,又能降低表面最大回温速率,有助于同时改善连铸坯角部和内部裂纹。在此基础上,提出了一种连铸小方坯二冷喷嘴布置方式,即二冷区每段喷嘴喷淋距离沿拉坯方向逐渐增加,该方法有助于提高连铸坯“纵?横”冷却均匀性。      

Linear Contraction Behavior of Low-Carbon,Low-Alloy Steels During and After Solidification Using Real-Time Measurements

A technique for measuring the linear contraction during and after solidification of low-alloy steel was developed and used for examination of two commercial low-carbon and low-alloy steel grades. The effects of several experimental parameters on the contraction were studied. The solidification contraction behavior was described using the concept of rigidity in a solidifying alloy, evolution of the solid fraction, and the microstructure development during solidification. A correlation between the linear contraction properties in the solidification range and the hot crack susceptibility was proposed and used for the estimation of hot cracking susceptibility for two studied alloys and verified with the real casting practice. The technique allows estimation of the contraction coefficient of commercial steels in a wide range of temperatures and could be helpful for computer simulation and process optimization during continuous casting.     

SWRH82B铸坯凝固质量控制

针对安钢SWRH82B钢生产的工艺现状,研究了拉速、过热度、二冷配水等工艺参数对于铸坯中心缩孔、疏松和偏析等内部质量的影响。在实验室进行了铸坯凝固组织的研究,测量了二次枝晶间距,进一步了解连铸工艺参数对铸坯凝固组织的影响。     

XY1215生产工艺技术难点攻关

针对硫系易切削钢XY1215生产过程中存在的问题及钢种特性带来的冶炼工艺及连铸工艺技术难点制定适当的攻关方案,采用分步、不完全脱氧方式,保证钢中适当的活度氧质量分数及硫质量分数的精确控制,得出了硫系易切削钢生产时的冶炼和浇铸工艺控制要点; 同时调整了铸机振动参数和精度、优化浇铸和冷却参数、改善夹杂物形貌,解决了铸坯表面振痕深且紊乱的问题,改善了铸坯表面质量及低倍质量和夹杂。     

Study of measurement and control of free loop of hot steel strip in twin-roll strip casting

In the twin-roll strip casting process,hot cast strips can be broken or torn if the casting speed does not match the rolling speed.Usually,a certain length of hot steel strip is hung freely between the caster and rolling mill to deal with the effect of this speed difference.In this paper,the freely hanging hot steel strip is referred to as the free loop of hot steel strip.Accurately measuring and controlling the height of this free loop is the key factor in maintaining a stable casting operation.Several methods for measuring the loop height of a steel strip are discussed and a method for accurately measuring and controlling the free loop height of hot steel strip is presented.Based on the results of the casting loop quantity change curve,this control method is confirmed to be effective and able to meet the requirements of continuous casting strip production.     

镁碳质塞棒棒头抗热震性优化及工业应用

浇铸钙处理钢时,铝碳质或尖晶石-碳质塞棒棒头容易被钢水中的游离[Ca]侵蚀,而使用镁碳质材料能降低[Ca]的侵蚀作用,进而提高棒头的使用寿命。研究了SiC细粉添加量对镁碳质棒头材料性能的影响,设计了镁碳质棒头复合结构并测试了产品的抗热震性,同时对比了镁碳质棒头与尖晶石-碳质棒头材料的常规性能和钢厂测试结果。研究结果表明,随着SiC细粉添加量的增多,材料常温强度和高温强度增大,而线膨胀系数下降。复合结构改善了棒头与棒身材料之间的物理匹配,提高了棒头稳定性,具体表现为镁碳质棒头试验样品经1 100℃热震循环3次后表面及内部均无裂纹。镁碳质棒头材料的力学强度虽稍弱于尖晶石-碳质棒头材料,但浇铸钙处理钢的表现更好。分析发现,导致尖晶石-碳质棒头材料损毁的直接原因是游离[Ca]的侵蚀。     

包晶相变对连铸坯初生坯壳凝固收缩的影响

基于Ｆｅ－Ｃ合金的微观组织结构,建立了碳钢线性热膨胀系数计算模型,计算出不同碳含量的钢各在不同温度下的瞬时线性热膨胀系数,并将计算相应用于铸坯热－弹－塑性应力模型,研究了包晶相变对连铸坯初生坯壳凝固收缩的影响,模拟结果表明：浇铸碳含量在０．１％附近的包晶钢时,初生坯壳在靠近弯月面区域和角部区域的收缩很不规划,容易诱发表面缺陷。     

连铸坯横向断裂影响因素的分析

 对含Si低碳钢连铸坯发生的横向断裂缺陷进行了金相、扫描电镜检验分析及加热工艺模拟试验;对铸坯从钢水凝固到轧前加热断裂的热历程中所受外力及其与裂纹形成的关系进行了分析。检验分析结果表明：引起铸坯横向断裂的主要原因是浇注时钢水过热度高,凝固组织冷却慢,晶粒发生了严重的粗化,柱状晶间界的强度大大降低,使铸坯在弯曲矫直过程中形成内部裂纹,当再加热时,其热应力使内部裂纹进一步扩展而开裂。所以,控制好铸坯的浇注温度,提高铸坯中心等轴晶率,是防止含硅低碳钢连铸坯横向断裂的有效途径。     

基于凝固传热模型的轴承钢GCr15二冷研究与应用

采用Gleeble 3500热应力/应变模拟机对轴承钢GCr15进行了高温力学性能测定,根据实际测量的结果,优化原有二冷制度并提出了适合轴承钢二冷冶金准则的二冷水表。并根据实际情况建立了大方坯连铸凝固传热模型,通过射钉试验表明模型准确可靠,在此基础之上提出了基于凝固传热模型的动态二冷控制方法,通过生产实践表明采用特征拉速控制二冷配水可以有效改善铸坯质量。     

Development of Single‐Belt Strip Casting Simulator

Near‐net‐shape casting is one of the key technologies to improve process efficiency of steel production. Single‐belt strip casting is recognized as a promising technology for thin strip production because of the advantages like well‐controlled heat transfer rate, flexibility in production rate, compactness of equipment, and so on. In this study a newly designed simulator of the single‐belt strip casting process was developed. The simulator solidifies molten metal on the running solid metal bar with a groove for molten metal deposition pushed by a pneumatic cylinder. Capability of this simulator design was discussed by one‐dimensional numerical heat transfer analysis. It showed that a steel casting bar thicker than 40 mm was capable of casting test of 10 mm thick steel strip even if interfacial thermal resistance existed. Finally, the simulator was applied to the casting test of aluminum strip, and successfully estimated the variation of the interfacial heat flux from the solidifying strip to the casting bar.