薄板坯连铸结晶器技术及钢种开发的几个问题分析

薄板坯连铸结晶器是薄板坯连铸技术的核心，通过对薄板坯连铸结晶器内钢水的流动、传热以及凝固壳的收缩和变形行为的研究，分析了连铸坯几种典型裂纹缺陷的形成原因；并结合实验室和生产实践，对薄板坯连铸连轧生产冷轧基料用B微合金化钢、电工钢、V—N微合金高强度钢等的工艺特性以及钢材性能进行了分析。文章分二次发表，本次发表的内容是关于薄板坯连铸结晶器的相关技术及板坯典型裂纹的分析。     

薄板坯连铸结晶器内钢水凝固传热数值模拟

为研究薄板坯连铸高拉速下结晶器内坯壳生长过程,利用ANSYS有限元模拟软件,建立了CSP薄板坯连铸结晶器内钢水凝固传热数学模型,并通过实际测量得到的凝固坯壳厚度验证了模型的合理性。对结构用钢Q235B钢种,1 500 mm×60 mm规格在结晶器内凝固过程进行了模拟,研究了不同拉速、不同结晶器冷却水量对凝固的影响。研究结果表明,随着拉速降低,坯壳厚度增加;随着结晶器水量增大,坯壳厚度增加,模拟结果与实测结果相符合,为实际生产优化工艺参数提供了理论参考。     

平行板型薄板坯连铸结晶器中钢液流动、凝固及溶质分布的三维耦合数值模拟

针对薄板坯平行板型连铸结晶器,建立了Fe—C二元合金紊流流动、凝固及溶质传输的三维耦合数学模型;并与水口模拟计算相结合,计算、分析了薄板坯平行板型结晶器内钢液的紊流流动、凝固及溶质分布．计算结果表明,由于薄板坯厚度尺寸限制,钢液液流冲击深度相对传统板坯明显减小,出水口射流对窄壁的冲击减弱,而对铸坯宽面的冲刷加强．出结晶器后,钢液流动变为向下的均匀平推运动．在结晶器出口处,由于钢液流动、凝固及溶质传输的相互作用,使得铸坯宽面靠近窄壁处的凝固壳厚度最薄,并在此处产生溶质分布强烈变化,易导致拉漏缺陷．     

连续铸锭板坯凝固传热数学模型

本文介绍了连续铸锭凝固传热数学模型。从热平衡观点出发,导出了考虑小单元体内部和相邻小单元体之间热平衡的差分方程。并应用于连铸板坯结晶器凝固过程的模拟计算。讨论了操作工艺条件(如拉速、浇注温度、钢液流动、结晶器长度等)对结晶器内钢液凝固过程的影响。     

MATHEMATICAL MODEL FOR HEAT TRANSFER IN SOLIDIFICATION OF CONTINUOUSLY CAST SLABS

本文介绍了连续铸锭凝固传热数学模型。从热平衡观点出发,导出了考虑小单元体内部和相邻小单元体之间热平衡的差分方程。并应用于连铸板坯结晶器凝固过程的模拟计算。讨论了操作工艺条件(如拉速、浇注温度、钢液流动、结晶器长度等)对结晶器内钢液凝固过程的影响。     

二冷区电磁搅拌换向周期对薄板坯中心等轴晶率的影响

在高拉速的薄板坯连铸过程中，增加等轴晶率对提升连铸坯凝固质量的提升至关重要。采用三相凝固模型对三维全尺寸薄板坯连铸过程中的流动模式和等轴晶率进行数值预测，分析了二冷区电磁搅拌换向周期对薄板坯中心等轴晶率的影响。研究结果表明，高温钢液在漏斗型结晶器内迅速凝固，结晶器出口处的铸坯凝固率达37%。当采用恒定方向电磁搅拌时，熔池内部形成上下两个环流，两者被中间聚集的过热钢液分隔，上环流核心区钢液处于过冷状态。当采用换向电磁搅拌后，二冷区会形成四涡甚至五涡的流动模式。随着换向周期的增加，等轴晶率先增加后降低，换向周期为16 s时对等轴晶率提升最明显，相较于恒定方向搅拌提升了17%,并且等轴晶相分布更加均匀。     

技术讲座

<正>薄板坯连铸钢水温度控制有何手段?(1)钢包内调整;(2)加废钢降温;(3)炉外精炼加热升温;(4)对钢包和中间包增加保温措施。薄板坯连铸对钢水成分有何特别要求?与传统板坯相比,薄板坯连铸的结晶器热流大,在弯月     

热像图对结晶器传热的监控作用

钢液在结晶器内凝固成所需的断面形状和一定厚度的初生坯壳,所以结晶器的传热是连铸冷却凝固过程中最重要的环节。自从薄板坯连铸工艺蓬勃兴起后,高拉速的技术特点决定了生产时结晶器内更需要稳定的传热状态,所以对结晶器传热进行及时有效的监控就显得非常必要通过结晶器漏钢预报系统(MBDS)来监控结晶器内的传热就是一个很有效的措施,它能反映出各个因素影响下结晶器传热的变化。     

薄板坯连铸结晶器技术及钢种开发的几个问题分析(续)

薄板坯连铸结晶器是薄板坯连铸技术的核心，通过对薄板坯连铸结晶器内钢水的流动、传热以及凝固壳的收缩和变形行为的研究，分析了连铸坯几种典型裂纹缺陷的形成原因；并结合实验室和生产实践，对薄板坯连铸连轧生产冷轧基料用B微合金化钢、电工钢、V-N微合金高强度钢等的工艺特性以及钢材性能进行了分析。文章分二次发表，本次是上海金属2006—1期文章的续栽，内容是关于薄板坯连铸连轧典型品种的开发以及薄板坯连铸连轧技术的发展与展望。     

薄板坯连铸凝固状态分析与结晶器长度设计

推导了薄板坯连铸过程中钢液在结晶器内的凝固传热有限元方程,开发了钢液凝固状态及温度场分布的模拟分析软件,探讨了拉坯速度及结晶器长度对结晶器出口坯壳厚度的影响。     

二○○三年度《重型机械》总目录

期页2一26 下全、一等储夔瓣作者}期页}哼号切一村一一抢题目 冶金设备与工艺并罐式无钟高炉均匀布料法RH真空室插人管喷补车结构与性能分析旱节竺擎肇单掣鹦掣-烧结机主风机改造—了160t钢包翻包机结构与功能板坯连铸机辊子寿命影响因素分析转炉倾动的计算机分析及动态模拟茹黎黔蒜币 弧炉炼钢连铸结晶器内坏壳凝固过程的广义热力祸合分析西门子PLC多种通信方式在真空精炼炉控制中的综合应用铸轧翩改进设计中薄板坯连铸设备的技术特点及优越性钢包回转台钢水称重系统测量方式研究钢包车行走及钢包倾转液压系统的安全应用一连铸机结晶器铜…     

不同浸入式水口250 mm×1800 mm板坯连铸过程模拟

通过水模型物理模拟和数值模拟的方法研究某钢厂3种不同水口在250 mm×1 800 mm板坯连铸过程中对钢液流场、弯月面和温度场的影响。结果表明:1#水口弯月面钢液不够活跃,不利于液渣上浮;2#水口存在结晶器上部温度低,结晶器凝固坯壳薄的问题;3#水口具有能促进液渣层分布均匀,提高结晶器上部温度的优点。250 mm×1 800 mm板坯连铸过程中,3#水口使用效果良好。     

水口吹氩工艺条件下连铸结晶器内钢液流动行为的模拟和优化

采用冷态物理模拟方法研究了在吹氩工艺条件下板坯连铸结晶器内钢液的流动行为,考察了水口吹气量、水口插入深度和拉速等参数对连铸结晶器内钢液流动行为的影响,并在此基础上进行了优化设计.实验结果表明:在本实验条件下,当拉速大于0.8m/min时,水口吹气量可选择为4～6 L/min,水口插入深度可选择为180～200 mm.     

Acme公司建集BOF炼钢和薄板坯连铸为一体的生产线

美国Acme公司投资3．7亿美元建造薄板坯连铸机、七机架热带轧机和钢包精炼设备，使之成为第一个集高炉炼铁、BOF炉炼钢和薄板坯连铸技术为一体的生产线，这个年产阶万t的生产线将于1996年动工，1997年中期达到生产能力。建成后，将使原来钢水从钢包到热轧卷的时间从10天缩短为90min，从而大大降低生产成本，提高产品竞争能力。预计（1）能耗下降46％，（2）吨钢劳动力下降48％，（3）成材率从78％提高到90％以上，（4）产品加工费用下降20％。连铸板坯厚50mm、宽1524nun，并在铸造过程实施液芯压下。经剪切后经隧道式加热炉保温后进入带立…     

连铸结晶器内板坯传热凝固行为建模和模拟

对1510 mm×250 mm板坯在连铸结晶器内的传热行为进行了建模和计算,利用结晶器、保护渣和凝固坯壳之间不同传热层的热流密度相等的假定,通过热力耦合模型进行板坯和结晶器温度分布的计算。传热模拟结果与某钢厂连铸结晶器现场生产数据和热电偶测温数据进行对比,验证了该模型计算结果的可靠性。当浇注速度设定为1 m/min时,在结晶器出口位置,板坯宽面中心的凝固坯壳厚度达到了18.7 mm。提高连铸拉速,结晶器出口处的凝固坯壳厚度降低。此外,基于传热模型计算获得的板坯温度变化曲线,利用相场模型,模拟对比了不同碳含量的两种成分材料Fe-0.04C-1.36Mn和Fe-0.14C-1.36Mn在凝固过程中的组织演变情况。在相同的冷却条件下,Fe-0.04C-1.36Mn形成的凝固坯壳更致密,树枝晶间未转变的液相体积分数低。可以认为Fe-0.04C-1.36Mn形成的凝固坯壳质量更好,更容易避免在结晶器中产生漏钢以及表面裂纹。     

基于多场耦合模型的连铸结晶器内钢液凝固行为分析

针对连铸结晶器内钢液的流动、传热、凝固耦合变化问题,应用连续介质力学和能量守恒理论,建立了板坯连铸结晶器内钢液流动、传热和凝固的三维非稳态数学模型。在此基础上,应用COMSOL软件进行数值模拟和分析。将耦合模型计算得到的凝固坯壳厚度与经验公式进行对比验证,总体符合较好。结果表明,结晶器内钢液流动的基本特征与单流场模型相比并没有发生变化。但是,钢液的上、下回流涡心到自由面的距离及流股冲击深度均有所减小。在靠近结晶器窄面的部分区域由于凝固坯壳的形成,不会出现钢液流动现象。由于凝固坯壳的存在,自由面钢液流速变大,自由面钢流波动更加剧烈。由于钢液的强制对流传热,结晶器内部钢液温度并不是由内到外逐渐降低的,而是出现了小幅度的波动。在结晶器出口处钢液温度较低,且分布不均匀,部分区域温度梯度较大。由于钢液的对流作用促进了钢液的热量传递,结晶器出口处窄面、宽面及角部凝固坯壳更厚。     

高拉速薄板坯连铸结晶器钢渣界面波动分析

为应对提高拉速薄板坯结晶器内钢液不稳定行为,以1 520 mm×90 mm薄板坯结晶器为研究对象,利用液面追踪技术VOF方法建模计算,对薄板坯钢渣界面进行了深入研究,实现了对薄板坯连铸结晶器内流体流动及钢/渣界面行为的模拟计算。并结合实际生产工艺,采用1∶1物理模型和数值模拟相互验证,分析了拉坯速度、浸入深度和保护渣黏度种类对结晶器流场及钢渣界面的影响。结果表明,当结晶器钢液面流速为0.20~0.25 m/s,且界面较平稳时,保护渣黏度高于0.237 Pa·s可以适用;当钢液流速为0.25~0.30 m/s,保护渣黏度为0.382 Pa·s时,现场低碳钢卷渣率小于0.5%,表现出良好的抗卷渣能力。     

住友金属高速板坯连铸机

住友金属鹿岛厂把开发的各项高速连铸设备技术用在原来连铸机上，经过证实后，建造新的连铸机。新连铸机是垂直弯曲型，钢包容量SOt，铸坯尺寸gO～100mmX1000mm。低碳钢铸速5m／min，中碳钢、包晶钢、中碳钢（Nb、V钢）的铸速3m／min。铸坯内部和表面质量都好，轧成热带卷的质量也佳。这些高速连铸设备技术也可用在紧凑式薄板坯连铸机上。住友高速连铸设备技术如下：1钢水供给·波面控制（1）浸入式水口浸入式水口外形是扁平形，尺寸为150mmm60mm。使用这种水口，结晶器与侵入式水口的间隔即使是15～20mm，也不会产生由凝固壳引起的水口…     

薄板坯连铸工艺的应用与发展

据《国际钢时代》报道 ,从 80年代中期开始 ,国外的私营设备制造公司和钢铁生产企业就已开发了薄板坯连铸工艺。美国纽柯公司于1 989年采用德国施罗曼公司的ＣＳＰ技术首次建成生产板材的短流程钢厂 ,并取得商业成功 ,导致了世界上许多薄板坯连铸机的建设和生产。薄板坯连铸工艺与传统的板坯连铸工艺相比 ,具有以下不同 :( 1 )结晶器的形状 :( 2 )板坯的目标厚度 ;( 3)浇铸完成后直接热轧。传统的连铸工艺生产的钢坯很厚 ,连铸设备和将板坯轧制成板材的热轧厂所需的资本投资很高 ,从 5亿至 1 5亿美元不等。与此相比 ,薄板坯连铸工艺生产的板…     

板坯全铸流三维流动和传热凝固行为研究

基于工业射钉试验,建立了研究板坯连铸过程流动、传热与凝固行为的三维耦合数值模型,利用分段计算模型获得整个板坯连铸过程的凝固进程。以直上钢Q235B中厚板坯连铸为例,指出侧孔出流高温钢液对窄面初凝坯壳有强烈的冲刷作用,易引发铸坯质量缺陷或漏钢事故的发生。距离弯月面10.13和12.08 m处射钉样的坯壳厚度分别为67和77 mm,与模型预测结果基本吻合。当前工况下凝固末端液芯呈现"W"状,这与结晶器内过热耗散的不均匀分布有关,其凝固终点为16.8 m。