振动激发金属液形核过程的传热研究

为了提高铸坯凝固组织的均匀性,减轻宏观偏析,提出了振动激发金属液形核技术,其传热机理是为了促进形核,需要确保晶核发射器棒体表面温度控制在金属液的固、液相线之间,为此开展了传热计算及模拟试验研究。通过试验可知,在气冷条件下,棒体表面因冷却强度不够而无法产生大量的细小晶粒;而在水冷条件下,棒体表面因与钢液间的过冷度太大而迅速结壳,达不到向钢液连续弹射晶粒的目的。通过气雾冷却条件下的传热研究,在气流量为65 m3/h,水雾加湿量为3 kg/h的气雾冷却条件下,与棒体表面接触的钢液能够获得26℃以上的过冷度,因此棒体表面迅速形成大量的晶核而且不会结壳,进而可使晶粒被连续不断地弹射至金属液中,成为凝固过程中等轴晶的形核核心,促进铸坯凝固组织的均匀化。     

振动激发金属液形核过程机理的研究

振动激发金属液形核技术特征是:当一种振动冷却棒插入金属液内时,棒体表面将迅速形成大量的细小晶粒,这些晶粒可被连续不断地弹射至金属液中,成为凝固过程中等轴晶的形核核心.采用30%氯化铵水溶液进行了物理模拟实验,探讨了振动激发金属液形核过程机理,结果表明:振动激发形核过程中产生的晶粒始于晶核发射器棒体与氯化铵水溶液之间的接触界面;振动和冷却促进了溶液表面结晶雨的形成;为了防止凝固坯壳在棒体表面快速长大,应通过对振动和冷却工艺进行控制,确保棒体表面的温度介于溶液的固、液相线温度之间,从而促进晶体的游离.     

300t 顶底复吹转炉氧枪枪位的水模型研究和应用

研究了300t顶底复吹转炉1:10几何相似比的水模型顶枪枪位（150~230mm）和流量（44~48m³/h）对钢液混匀时间的影响。模拟结果得出,最佳枪位为170mm,最佳流量为45m³/h。钢厂300t顶底复吹转炉应用结果表明,顶吹流量60000m³/h和底吹流量1000m³/h时,当顶枪枪位由1900mm改进为1700mm时,碳氧积平均值由原来的27.94降为23.49,提高了转炉内熔池的搅拌效果,吹炼时间由原15.8min降低至15.5min,降低了生产成本。     

插入浸渍圆筒底吹氩钢包内钢液搅拌行为的水模型研究

以150 t钢包为原型,采用几何相似比1:7的水模型,研究插入钢包的浸渍圆筒直径(50~130 mm) , 插入深度(30~150 mm)和底吹气体流量(0.03~0.48 m³/h)对钢液混匀时间和液面振幅的影响。结果表明,随浸渍圆筒直径和插入深度的增加,液面振幅减小;随底吹气量增加,液面振幅增大;不插入浸渍圆筒时不发生卷渣的临界底吹气量为0.09 m~³/h,混匀时间为10 s;插入直径130 mm、深度90 mm的浸渍圆筒时,不发生卷渣的临界底吹气量为0.30 m³/h,最短混匀时间为4 s。实验数据回归分析得出150 t钢包内钢液均混时间-t’与底吹气量-Q’、浸渍圆筒直径-d’和插入深度h’的关系为t’=2.69+0.017 9 d’+0.011 2h’-0.425 Q’。     

水口吹氩工艺参数对180mm×700mm板坯结晶器宽面含气率分布的影响

通过建立的6:10几何相似比的模拟180mm×700 mm板坯结晶器的水模型（108 mm×420mm）,使用数字图像处理技术,分析了水量2.54~3.16 m³/h,气量0.037~0.110 m³/h,滑板开口度51%~100%,水口浸入深度78~108 mm等参数对水口吹氩板坯结晶器水模型内宽面含气率分布的影响。结果表明,当水量3.16 m³/h（相当于原型1.50m³/h）,气量0.037 m³/h（原型0.120 m³/h）,水口底部形状为凹形,滑板开口度51%,水口浸入深度78 mm（原型130 mm）时,水模型内气泡分布相对均匀,有利于流场的改善和夹杂的上浮去除。180 mm×700mm铸坯的生产性试验表明,采用优化的参数生产的超低碳钢连铸坯中≥30μm的夹杂物量和夹杂物总量均显著降低。     

含铌钢HRB400Nb 180 mm x 180 mm铸坯角部裂纹分析及改进工艺

通过对含铌钢HRB400Nb 180 mm×180 mm连铸坯产生的角部裂纹进行研究分析,结果表明,由于连铸冷却工艺、钢水氮含量和结晶器保护渣工艺控制不当易导致含铌钢铸坯角部沿晶开裂。通过工艺改进钢液氮含量由原（67～98）×10^-6降至（40～55）×10^-6,结晶器角部圆弧半径由8 mm调整为12 mm,结晶器冷却水量由150m³/h降至120m³/h,二冷比水量由1.35 L/kg降至1.1L/kg,二冷分配比由26:48:17:9调整为36:34:19:11,保护渣碱度由0.65调整为0.82、粘度由1.3 pa·s调整为0.69 pa·s、熔点由1260℃调整为1150℃等,有效解决了铸坯表面角部裂纹缺陷,保证了轧材的产品质量。     

130 t BOF-LF-150 mm x 150 mm CC 流程控制高碳钢SWRH82B氮含量的工艺实践

0.79%~0.86% C  SWRH82B高碳钢的生产流程为130 t顶底复吹转炉-LF-8流150 mm×150 mm坯连铸工艺。通过转炉吹炼时采用较高泡沫渣高度,终点枪位较其他钢种高100~150 mm,转炉全程底吹氩0.02~0.05 m³/（t·min）,圆流出钢,LF精炼时快速成渣,合适的吹氩量20~30 m³/h,连铸全程保护等工艺措施,有效控制钢中氮含量,205炉氮含量分析表明,钢中氮含量为13.7×10^-6~37.4×10^-6,平均氮含量为23.3×10^-6     

含铌钢HRB400Nb 180mm×180mm铸坯角部裂纹分析及改进工艺

通过对含铌钢HRB400Nb 180 mm×180 mm连铸坯产生的角部裂纹进行研究分析,结果表明,由于连铸冷却工艺、钢水氮含量和结晶器保护渣工艺控制不当易导致含铌钢铸坯角部沿晶开裂。通过工艺改进钢液氮含量由原(67～98)×10^-6降至(40～55)×10^-6,结晶器角部圆弧半径由8 mm调整为12 mm,结晶器冷却水量由150m³/h降至120m³/h,二冷比水量由1.35 L/kg降至1.1L/kg,二冷分配比由26:48:17:9调整为36:34:19:11,保护渣碱度由0.65调整为0.82、粘度由1.3 pa·s调整为0.69 pa·s、熔点由1 260℃调整为1 150℃等,有效解决了铸坯表面角部裂纹缺陷,保证了轧材的产品质量。     

100 t 钢包底吹氩工艺优化的物理模拟

以钢厂100 t钢包为原型,根据相似原理建立1:4水模型,研究了双孔底吹位置(0.54~0.72R)、角度(45°~180°)和底吹流量(0.04~0.55 m~3/h)对混匀时间和钢-渣界面的影响,以确定最佳底吹工艺参数。结果表明,透气砖布置的最优位置为底吹孔距钢包底面中心0.63R,180°夹角;最大底吹气量在0.37 m³/h(原型18.0m³/h),软吹气量必须小于0.12 m³/h(原型小于6.0 m³/h),建议软吹气量≤0.04 m³/h(原型≤2.0 m³/h)。     

210 t RH炉的物理模拟研究

采用物理模拟的方法对210 t RH炉的混匀时间、循环流量和去除夹杂物效果进行了研究,并结合实验结果制定了RH炉合理的工艺参数。结果表明,随着提升气量的增大,RH炉的钢液混匀时间缩短,特别是提升气量在100～130 m³/h范围内,混匀时间减小幅度最大。当提升气体流量达到190 m³/h后,混匀时间达到最小。RH炉钢液循环流量随提升气量的增加而增大,提升气量大于160 m³/h后,循环流量开始变化比较平缓。夹杂物去除过程基本上是在前28 min内完成,去除最迅速的阶段是前8 min。     

145 t RH真空精炼装置内钢液循环流动特性的水模型研究

基于相似原理,建立几何相似比1:7水模型研究了145t RH真空精炼装置内钢液循环流动行为,研究了提升气量(60~140 m³/h) 、浸渍管浸渍深度(400~600 mm) 、真空室液面高度(426~526 mm)对钢水循环流量和混匀时间的影响。结果表明,循环流量随提升气量增加而增大且呈近似线性关系,混匀时间随提升气量增加而呈非线性减小;500 mm的浸渍管浸渍深度和526 mm的真空室液面高度下均出现较理想的循环流量;130 m³/h提升气量、600 mm浸渍管浸渍深度和526 mm真空室液面高度可获得最佳循环流动特性。     

大型钢锭轧板开裂和穿孔缺陷分析及浇铸工艺优化

分析了S355JR和S355J2低碳钢(/%:0.17～0.20C、0.30～0.55Si、1.40～1.60Mn、≤0.020P、≤0.015S、0.020～0.040A1、0.020～0.030Nb)28～40 t钢锭轧成230～400 mm钢板出现的开裂和穿孔缺陷。通过提高浇钢工操作水平,根据钢水过热度控制本体浇铸和帽口浇铸时问;控制精炼终点[O]≤25×10^-6以及钢中铝含量0.020%～0.040%等优化浇铸工艺措施使钢锭探伤合格率提高到96.8%。     

连铸板坯快冷试验分析Q345D包晶钢板坯角部横裂成因和工艺改进

通过对220 mm包晶钢板坯进行在线快冷试验,取冷却后板坯角部样,进行热酸浸及金相分析。从零段到矫直段的角样结果表明,角部横裂纹在矫直段内弧出现,随着板坯从结晶器往后延伸,奥氏体晶界的铁素体膜不断增厚,晶界越清晰,奥氏体晶粒度尺寸1.0～1.5 mm。由于奥氏体晶粒粗大,并且奥氏体晶界铁素体膜脆弱,矫直段铸坯角部温度偏低,进入第Ⅲ脆性区后,导致角部横裂沿着晶界展开。通过结晶器窄面水量由原30～32 m³/h增加至34～36 m³/h,关闭矫直段内弧边部喷嘴,使板坯角部横裂得到有效控制。     

120 t BOF-LF-CC流程生产20CrMo齿轮钢的工艺实践

Φ12~32 mm 20CrMo齿轮钢(/%:0.19~0.23C,0.48~0.58Mn,0.24~0.28Si,0.009~0.015P,0.003~0.012S,0.87~1.08Cr,0.17~0.18Mo,0.024~0.046Als)的生产流程为铁水脱硫-120 t顶底复吹转炉-LF-软吹-200 mm×200 mm方坯连铸-连轧工艺。结果表明,通过控制铁水[S]≤0.030%,BOF终点[C]≥0.08%,终点[P]≤0.012%,转炉出钢加0.6~1.0 kg/t铝块预脱氧控制LF精炼渣碱度3.5~5.0,连铸钢水过热度20~30℃,拉速1.1~1.4 m/min,开轧温度1 060~1 100℃,终轧≤900℃等工艺措施,钢中全氧含量为12.5×10^-6~22.5×10^-6,氮含量33×10^-6~40×10^-6,热轧材中心和一般疏松0.5~1.0级,热顶锻和力学性能满足标准要求,淬透性带宽△J₉ HRC值3.0,△J₁₅HRC值4.2。     

600 MPa级Nb-Ti微合金高强度钢的开发

开发的Nb-Ti微合金高强钢(/%:0.04C、0.34Si、1.40Mn、0.010P、0.004S、0.098Nb、0.020Ti、0.045Al、0.002 5N)由真空感应炉冶炼、50 kg钢锭40 mm锻造板坯经试验室单架轧机于1 200℃7道次轧制成10mm板,末道次压缩比≥15%,终轧温度880℃,喷水冷却至600℃,置于热处理炉600℃30 min,炉冷至室温,分别模拟层流冷却和卷取工艺。该钢经Gleeble 3500热模拟机试验得出,高温低塑性区为650～800℃和≥1 300℃。力学性能试验结果为下屈服强度R_el625～640 MPa,抗拉强度R_m705～710 MPa,伸长率18.0%～19.5%。所开发的钢具有碳当量低,焊接性能好,成本低等特点。     

末端电磁搅拌参数对帘线钢72A铸坯中心碳偏析的影响

帘线钢72A(%:0.71～0.72C、0.50～0.60Mn、0.22～0.30Si、≤0.010P、≤0.008S)的冶炼工艺流程为铁水预处理-LD-LF-RH-CC-200 mm×200 mm连铸。在连铸时钢水过热度10～20℃,拉速0.98 m/min,二冷比水量0.32 L/kg,结晶器冷却水220 m³/h,结晶器电磁搅拌1.5 Hz、500 A的条件下进行了末端电磁搅拌(F-EMS)的工艺研究。结果表明,当离钢液弯月面8 m处以18 Hz、450 A进行F-EMS,可使帘线钢72A铸坯的中心碳偏析指数≤1.05。     

X80管线钢238 mm x 1 650 mm连铸坯温度场及凝固末端位置的数学模拟

用二维切片跟踪铸坯凝固传热的方法建立了X80管线钢（/%:0.04C,1.85Mn,0.25Si,0.006P,0.003S,0.30Ni,0.21Mo,0.06Nb,0.02V）238 mm×1650 mm板坯连铸过程中垂直拉坯方向传热的数学模型,通过ANSYS对X80管线钢连铸过程中温度场及坯壳厚度的渐变进行计算,得出拉速1.2mm/min时,出结晶器坯壳厚为18.14 mm,铸坯液芯长22.58 m。凝固壳厚度计算值射钉测试结果的相对误差≤2.5%,凝固末端位置的相对误差为0.68%。分析了过热度（25~55℃）,拉速（1.2~1.3m/min）和二冷水量（79.2~96.8 m³/h）对切片各点温度和凝固末端位置的影响。结果表明,增大拉速、减小二冷配水量,连铸坯表面温降变慢,凝固末端位置距离结晶器液面越远,凝固时间变长;该X80管线钢板坯连铸最佳工艺参数为钢水过热度35℃,拉速1.2 m/min和二冷配水量88m³/h。