圆坯连铸结晶器电磁搅拌技术开发与应用

建立天钢圆坯连铸结晶器电磁搅拌数学模型,提出82B、37Mn5等典型钢种的结晶器电磁搅拌工艺参数.应用模型优化连铸工艺及结晶器电磁搅拌工艺制度,改善铸态组织,提高铸坯内部质量,中心偏析、中心疏松、中心缩孔,中心碳偏析指数≤1.10.     

Φ800 mm圆坯Q355NE凝固传热数值模拟和工艺实践

以钢厂断面尺寸为Φ800 mm圆坯Q355NE为研究对象,建立大圆坯传热模型,在不采用结晶器电磁搅拌的条件下,研究拉速和过热度对凝固过程的影响规律。结果表明：拉速对坯壳厚度、凝固终点位置和中心固相率的影响高于过热度,拉速每增加0.02 m·min^-1,凝固终点后移2.6 m左右;过热度升高10℃,凝固终点后移0.21 m左右。实际生产中,二冷比水量0.18 L·kg^-1、过热度25℃、拉速0.14 m·min^-1时,出结晶器坯壳厚度超过43 mm,末端电磁搅拌充分发挥作用,铸坯中心疏松和中心缩孔较结晶器电磁搅拌(300 A/1.5 Hz)、二冷比水量0.18 L·kg^-1、过热度25℃、拉速0.16 m·min^-1工艺有所改善。     

20CrMnTiH齿轮钢铸坯内部质量控制研究

针对20CrMnTiH齿轮钢质量要求,分析了连铸过程拉速、结晶器电磁搅拌电流强度以及二冷强度等关键参数对铸坯内部质量的影响。试验结果表明:拉速控制在1.2~1.4 m/min有利于中心疏松和中心偏析的控制;结晶器电磁搅拌电流强度为380 A时,铸坯中心疏松控制在1.0级以内,碳偏析指数≤1.08,等辅晶率平均达到34.9%;二冷控制模式采用弱冷更有利于减轻该钢种的铸坯中心疏松和偏析。根据研究结果生产的20CrMnTiH齿轮钢棒材低倍组织和淬透性良好。     

连铸工艺参数对5Cr9Si3马氏体耐热不锈钢方坯质量的影响

5Cr9Si3马氏体耐热不锈钢在连铸生产过程中,铸坯易出现中心疏松、中心缩孔、中心偏析和柱状晶发达及表面凹陷等质量缺陷。针对这些缺陷,对二冷强度、铸坯拉速、结晶器电磁搅拌电流、末端电磁搅拌电流、结晶器冷却强度和结晶器保护渣等工艺参数进行优化,取得了较好效果,明显改善了铸坯质量。     

轴承钢大方坯凝固末端特性与中心质量控制

连铸流程取代模铸锻造生产高端轴承钢是当前的发展趋势。为了改善GCr15轴承钢200 mm×240 mm大方坯连铸中常见的中心缩孔和中心偏析问题,借助数值模拟研究连铸坯传热与凝固进程,并通过工业试验调整拉速探究末端电磁搅拌(final electromagnetic stirrer, F-EMS)和轻压下(soft reduction, SR)对连铸内部质量的协同影响机制和效果,通过低倍酸侵观察不同工艺下铸坯的横纵截面缩孔疏松和裂纹情况,通过钻屑取样检测铸坯横截面上碳偏析分布。结果表明,拉速为0.95 m/min时铸坯凝固终点仅为13.0 m,此时提升F-EMS强度且使用轻压下虽然可以改善中心缩孔,但F-EMS也将更多高浓度钢液搅入铸坯中心,由于铸坯中心熔池宽度小,对高浓度溶质的稀释作用小,熔池难以稀释这些钢液从而使得铸坯中心偏析反而加剧。而在F-EMS电流强度为540 A、SR总压下为7 mm的工艺下,拉速提升至1.2和1.4 m/min时,铸坯内弧侧都产生了压下裂纹,且由于GCr15轴承钢连铸凝固两相区较宽,拉速为1.4 m/min时铸坯在铸机上产生裂纹的压下辊处,铸坯内部裂纹敏感区...     

Φ500 mm大圆坯连铸机的生产实践

20钢(0.19%～0.23%C)Φ500 mm铸坯的生产流程为70 t转炉-LF-VD-Φ500 mm大圆坯连铸机从机械设备和二冷参数等方面进行研究和优化第1次生产试验连续浇铸8炉20钢,采用的优化工艺包括使用专用结晶器保护渣,控制过热度25～35℃,拉速0.30 m/min,比水量0.14 L/kg,结晶器电磁搅拌400 A/1.5 Hz等。检验结果表明,铸坯表面无可见冷疤、鼓肚等缺陷,中心缩孔0.5级,中心疏松1级,碳偏析≤1.12,钢中氧含量≤15×10^-6,氮含量≤65×10^-6,达到设计要求。     

高碳钢方坯凝固质量研究

阐述了高碳钢方坯的生产现状及内部缺陷的成因,研究了二冷比水量、过热度和拉速对铸坯内部质量的影响。结果表明,在没有末端电磁搅拌和轻压下的条件下,满足高碳钢150mm2方坯质量要求的最佳工艺为:比水量0.75L/kg、过热度不大于25℃、拉速2.1m/min;铸坯中心缩孔不大于2.0级、中心疏松不大于1.5级、中心碳偏析指数不大于1.08。     

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。     

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。     

37Mn5钢 Φ210 mm圆坯连铸凝固影响因素的数学模拟分析

通过ANSYS软件建立了37Mn5钢Φ210 mm圆坯连铸的传热模型,研究了在铸坯传热过程中铸机拉速1.3~1.5 m/min,钢水过热度15°~60°,二冷比水量0.58~0.78 L/kg对铸坯表面温度、凝固坯壳厚度和凝固终点位置的影响。结果表明,控制稳定的较低拉速、低过热度、较弱二冷比水量可有效地避免37Mn5钢Φ210mm铸坯裂纹的形成,提高铸坯的冶金质量。     

连铸工艺参数对SWRH82B钢160 mm x 160 mm坯中心碳偏析的影响

试验研究了结晶器电磁搅拌频率、拉速、过热度及二冷强度对SWRH82B连铸小方坯中心碳偏析的影响。研究结果表明,结晶器搅拌电流为300 A时,低电磁搅拌频率下铸坯中心碳偏析情况较好;拉速为1.8 m/min时,提高二冷比水量有利于改善中心碳偏析,但二冷比水量过高会加剧偏析;拉速为1.8 m/min时,二冷比水量为0.75 L/kg较为合适,拉速为1.9 m/min时,二冷比水量为0.8 L/kg是比较合适的;当过热度在20～30℃时,过热度对铸坯中心碳偏析的影响不大。     

连铸工艺参数对SWRH82B钢160 mm×160 mm坯中心碳偏析的影响

试验研究了结晶器电磁搅拌频率、拉速、过热度及二冷强度对SWRH82B连铸小方坯中心碳偏析的影响。研究结果表明,结晶器搅拌电流为300 A时,低电磁搅拌频率下铸坯中心碳偏析情况较好;拉速为1.8 m/min时,提高二冷比水量有利于改善中心碳偏析,但二冷比水量过高会加剧偏析;拉速为1.8 m/min时,二冷比水量为0.75 L/kg较为合适,拉速为1.9 m/min时,二冷比水量为0.8 L/kg是比较合适的;当过热度在20～30℃时,过热度对铸坯中心碳偏析的影响不大。     

Q345E钢Φ600mm大圆坯连铸凝固数值模拟

建立了Q345E钢Φ600 mm大圆坯凝固传热模型,利用Procast软件对其连铸凝固过程进行了数值模拟,并通过射钉试验结果验证。研究结果表明:浇铸温度对铸坯的表面与中心温度以及固液相分布影响很小;拉速每增加0.02 m/min,铸坯表面温度无明显变化,糊状区向前移动,凝固末端离结晶器液面距离增加约1.75 m;二冷比水量每增加0.01 L/kg,其二冷区表面温度约降低30℃,糊状区向后移动少量,凝固末端后移0.3 m左右;适宜的工艺条件为浇铸温度1 539℃、拉速0.22 m/min、二冷比水量0.08 L/kg。实际生产的Q345E钢Φ600 mm大圆坯中心缩孔0.5级,中心疏松1.0级,碳偏析指数不大于1.09,完全满足标准要求。     

弧形连铸机生产S355NL/Q355NE钢Φ1200 mm连铸圆坯的工艺实践

Φ1200 mm S355NL/Q355NE钢(Ceq 0.38～0.41)连铸圆坯的生产流程为100 t KR-BOF-LF-RH-R18 m连铸。采用全保护浇注、精确冷却工艺、三段式电磁搅拌、缓冷工艺等技术措施,过热度控制在15～45℃,拉速为0.14～0.20 m/min,电磁搅拌300 A/2 Hz,二冷比水量0.20 L/kg,圆坯入坑缓冷时间≥72 h,出坑温度≤300℃。检测结果表明,[O]≤0.0018%、[H]≤0.00008%;铸坯中心疏松≤1.5级、中心裂纹≤1.5级、缩孔≤0.5级;全截面碳含量极差≤0.07%;圆坯成分、低倍、表面均满足标准要求。圆坯经用户锻造成壁厚450～550 mm的风电法兰后,夹杂物、力学性能、内部探伤等质量指标检测结果,完全符合技术规范及用户使用要求。     

16MnNb钢圆坯连铸二冷制度的研究

 以某钢厂圆坯连铸机为研究对象,建立了连铸坯凝固传热模型。在不同拉速下对280 mm断面圆坯二次冷却过程进行仿真优化,确定了16MnNb钢合适的二冷制度。根据仿真结果,在最小工作拉速(0.9 m/min)下,矫直点处铸坯内弧表面中心温度为947 ℃,有效避开了铸坯的二次低延性区。在最大工作拉速(1.2 m/min)下,铸坯出结晶器时,其凝固坯壳厚度为19 mm,二冷初期产生漏钢等质量问题的可能性较小。不同拉速下,横断面温度场分布均匀。经低倍检测发现,铸坯表面及内部质量良好,无裂纹、疏松、缩孔等质量缺陷。     

φ200mm断面37Mn5钢凝固过程数学模型及在提拉速中的应用

基于ANSYS建立37Mn5钢φ200mm断面圆坯连铸过程中的凝固传热数学模型,并通过射钉试验及表面测温对模型的准确性进行了验证,模拟研究了拉速、过热度以及比水量对凝固终点、铸坯表面温度以及铸坯中心过热消散位置的影响,研究结果证明:比水量对铸坯表面回温影响最大,每增加0.1L·kg~(-1),铸坯表面回温增加10℃,而拉速对凝固终点及铸坯中心的过热消散的位置影响最大,拉速每增加0.1m·min~(-1),凝固终点及铸坯中心的过热消散的位置分别增加1.1m和0.8m,并从理论上验证了φ200 mm断面生产37Mn5拉速从1.4m·min~(-1)提高到1.8m·min~(-1)的可行性,另外考虑到37Mn5的高温热塑性特点及二冷冶金准则,针对铸坯存在的质量缺陷,优化二冷工艺制度,工业试验结果表明:低过热度(25℃以下),比水量为0.3L·kg~(-1),拉速从1.4m·min~(-1)提高到1.8m·min~(-1)时,铸坯低倍质量良好,无内裂纹以及中心缩孔,中心等轴晶率为35%,但过高的过热度(30℃以上)会存在中心缩孔。     

25MnSiV矩形连铸坯疏松缩孔模拟研究

建立了25MnSiV矩形连铸坯凝固组织数学模型，研究了拉速、过热度、二冷区给水量对连铸坯疏松缩孔的影响规律。结果表明，提高拉速和过热度均会增加铸坯疏松缩孔比例，而增加二冷区给水量能降低铸坯疏松缩孔比例，最佳工艺参数分别为拉速1.0 m/min、过热度20℃、二冷区给水量为最大给水量的60%。     

大断面圆坯连铸温度场的数值模拟

通过大型通用有限元软件ANSYS建立铸坯凝固过程有限元仿真分析模型,在拉速0.25～0.35m/min,钢水过热度20℃的条件下,对20钢Φ中600mm和40Cr钢Φ500 mm圆坯连铸过程进行了计算和分析,得出距液面0～32 m时铸坯表面温度变化曲线。计算结果表明,当20钢Φ600 mm圆坯的拉速为0.3 m/min时,结晶器出口坯壳厚度为30.9 mm,结晶器出口铸坯温度为1050℃,二冷区表面最低温度978℃铸坯在距液面19.71 mm处完全凝固。Φ600 mm圆坯连铸机20钢生产实践表明,拉速0.25 m/min,结晶器出口铸坯表面温度为1048℃,二冷区表面最低温度为918℃,与模拟结果相似。     

15CrMoG钢Φ450 mm管坯连铸二冷工艺的优化

建立了15CrMoG钢(%0.12～0.18C,0.80～1.10Cr,0.40～0.55Mo)弧形连铸Φ450 mm圆管坯的二冷工艺模型以优化连铸二冷工艺.生产结果表明,在0.4～0.6 m/min拉速下生产Φ450 mm 15CrMoG钢圆管坯时,采用弱二冷工艺,二冷比水量0.30～0.35 L/kg,延长二冷区长度,控制铸坯进入矫直点前表面温度在950 ℃以上,则铸坯的等轴晶率达47.0%～49.3%,无中心缩孔,近表面和中间裂纹0级,中心裂纹0～0.5级,断面碳偏析ΔC%为0.02%,硫偏析ΔS%为0.005%,满足了生产无缝管的铸坯质量要求.     

M-EMS对马氏体不锈钢连铸坯质量的影响

根据工业试验结果,分析了结晶器电磁搅拌（M-EMS）对马氏体不锈钢连铸坯的中心疏松、等轴晶率、缩孔及表面质量的影响,并对电磁搅拌对铸坯凝固的影响机理进行了探讨。结果表明：经结晶器电磁搅拌后,当平均磁感应强度B为0．066T时,铸坯中心等轴晶率平均达到了50％,最高达57％,中心疏松均在1.5级以下,中心缩孔90％在1．0级内;铸坯表面质量由使用二冷区电磁搅拌的85％提高到97％,为结晶器电磁搅拌工艺参数的优化及设计提供了一定的依据。