凝固末端电磁搅拌和轻压下复合技术对大方坯高碳钢偏析和中心缩孔的影响

基于ANSYS软件建立了310 mm×360 mm断面大方坯连铸过程二维凝固传热数学模型,并采用窄面射钉试验及铸坯表面测温试验对模型的准确性进行了验证.通过模型研究了过热度、拉速和二冷比水量对铸坯中心固相率以及凝固坯壳分布的影响,并结合高碳耐磨球钢BU的高温拉伸试验结果,确定了最佳的拉速以及最优轻压下压下区间要求.通过工业试验对理论模型进行了验证,并分析研究了拉速对采用凝固末端电磁搅拌(F-EMS)以及凝固末端17 mm大压下量的轻压下技术生产310 mm×360 mm断面大方坯高碳耐磨球钢BU铸坯的偏析和中心缩孔的影响.结果表明:采用凝固末端电磁搅拌和轻压下复合技术,通过调整拉速优先满足轻压下压下区间要求,可显著降低中心偏析、V型偏析及中心缩孔,但如果仅达到凝固末端电磁搅拌位置要求时,则铸坯中心质量不会得到明显改善.拉速为0.52 m·min-1且轻压下压下区间铸坯中心固相率为0.30~0.75时,偏析和中心缩孔有很大程度的改善,不合理的压下量分配会引起铸坯出现内裂纹以及中心负偏析.      

轻压下调整对模具钢宽厚板坯中心质量的优化

 为解决塑料模具钢1.231 1（450 mm×2 180 mm）宽厚板连铸坯出现的中心偏析和疏松等质量问题,首先通过射钉试验对板坯坯壳厚度进行准确测量,结合ProCAST数值模拟软件直观呈现连铸坯凝固传热过程。根据软件导出的数值模拟结果获得与弯月面不同距离处铸坯的中心固相率,为该钢种宽厚板坯轻压下位置的确定提供可靠信息。参照连铸坯的中心固相率分别就连铸机压下区间、压下量以及压下率对铸坯中心质量的影响进行了一系列研究。最终试验结果表明,压下位置由铸坯中心固相率[fs＝0.30～0.70]后移至[fs＝0.50～0.85]所对应区间、压下率由0.8升高至1.4 mm/m,铸坯中心疏松问题消失,中心偏析宽度明显减小。     

高强钢板坯凝固过程模拟与工艺优化

以凝固参数测定和铸坯表面温度测量结果为验证边界条件，应用ProCAST软件对960QT钢板坯连铸过程中的传热和凝固过程进行了模拟，分析了拉速、过热度对铸坯温度场、液芯长度的影响，得出在拉速为0.9 m/min，过热度为23℃工况下，960QT板坯的凝固终点位置距离弯月面18.43 m；在浇注温度为1 535℃时，拉速每增加0.1 m/min，凝固末端位置向后移动2.7 m左右；在拉速为0.9 m/min时，过热度每增加10℃，凝固末端位置向后移动0.4 m左右。此外，对轻压下系统的压下位置和压下量进行了优化，由3个扇形段压下改为2个扇形段压下，6、7段压下量改为2.0、2.5 mm。工艺优化后，铸坯中心偏析和中心疏松得到明显改善，中心碳偏析指数由1.85降至1.09。     

连铸方坯中心线凝固行为波动现象及变化规律

连铸坯中心线区域钢液的凝固行为与中心偏析缺陷的形成及控制密切相关。基于中碳钢连铸方坯纵断面的实际凝固组织,以中心偏析点内部二次枝晶间距计算局部冷却速率,揭示了铸坯中心线局部冷却速率的波动特征。结合连铸三维凝固模型,研究了铸坯中心线固相率波动引起局部冷却速率波动并最终影响铸坯中心组织和性能的均匀性的机理;对不同工况铸坯中心线固相率和局部冷却速率波动的周期性进行了分析对比,提出了连铸坯凝固终点位置的周期性波动机理并得到了不同拉速下凝固终点波动距离的判断方程,对于所选连铸方坯,凝固终点波动距离为25.0～27.5 mm;在此基础之上,研究了拉速对中心线固相率波动程度的影响规律,并分析了凝固终点波动距离变化对末端电磁搅拌(final electromagnetic stirring, F-EMS)和轻压下(mechanical soft reduction, MSR)作用均匀性的影响。结果表明,拉速由1.8 m/min提高至2.4 m/min后,虽然液相穴长度增加可能增加整体偏析程度,但铸坯中心线固相率波动程度降低了20%,这有利于减轻中心线偏析沿拉坯方向的波动性,提高铸坯中心质量的均匀性。并...     

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...     

邯钢中碳微合金钢板坯轻压下位置优化

板坯连铸轻压下实施过程中,合理的压下参数是影响铸坯内部质量的决定性因素。根据邯钢中碳微合金钢板坯连铸生产条件,建立凝固传热模型,结合板坯射钉试验研究,预测其凝固进程和压下位置。在此基础上,开展轻压下工业试验,分析了压下位置对铸坯中心偏析的影响。结果表明,在拉速为0.85 m/min、过热度为20～30 ℃、二冷比水量为0.59 L/kg的条件下,邯钢中碳微合金钢板坯连铸压下区间中心固相率为0.2～0.7,对应位置为16.42～21.62 m,位于7～9号扇形段内。与采用6～8号扇形段压下相比,优化方案明显改善了板坯中心偏析和疏松,东西两侧不均匀偏析和横截面V型偏析显著减弱。     

420 mm特厚板坯大压下技术的应用

对新钢3#特厚板连铸机大压下工艺进行了细致的研究.在常规0.55 m/min的拉速条件下,确定了420 mm厚中碳钢时连铸坯大压下段为第9段和10段;通过不同压下量试验条件下连铸坯中心偏析程度对比确定了在第9段和10段分别采用压下量为7 mm和1.5 mm的大压下工艺,连铸坯中心偏析得到显著改善,满足了新钢高品质特厚钢板对连铸坯内部质量的严格要求.     

板坯连铸动态轻压下扇形段的受力分析和应用

通过ANSYS软件模拟了200 mm×1600 mm不锈钢板坯连铸轻压下过程扇形段铸坏的变形,得出1#到11#扇形段辊缝的动态补偿量0.2～1.0 mm.生产应用表明,拉速0.7 m/min和0.9 m/min,压下速率0.8～1.4mm/m,总压下量1.30～4.56 mm,铸坯中心偏析均有改善,铸坯厚度与没定值之差≤0.5 mm;拉速为0.7 m/min时,未采用动态轻压下时,C、S中心偏析指数为1.30,当压下速率为1.2 mm/m,压下区间固相率20%～50%时,C、S中心偏析指数降至1.05.     

单辊轻压下对高碳钢SWRH72B 180mm×180mm铸坯内部质量的影响

试验研究了单辊轻压下量(6~20 mm)和压下位置(1~#~6~#辊)对高碳钢SWRH72B(/%:0.71C,0.22Si,0.64Mn,0.010P,0.006S)180 mm×180 mm铸坯中心碳偏析和低倍组织的影响。结果表明,在固相率fs为0.45~0.63时,施加单辊轻压下有利于降低连铸坯的中心碳偏析,当固相率fs大于0.82时,无法消除缩孔和降低中心碳偏析;在压下量6~20mm,随着压下量的增加中心碳偏析度从1.15降低至1.04,在压下量大于15mm后铸坏容易出现裂纹;超弱冷(比水量0.40L/kg)较弱冷(比水量0.65L/kg)更有利于控制中心碳偏析;综合分析得出,SWRH72B钢180mm×180mm铸坯在拉速1.3m/min,结晶器搅拌300 A、5Hz,比水量0.40 L/kg时,5~#辊单辊轻压下的压下量15mm铸坯中心碳偏析和低倍组织最佳。     

45钢连铸大方坯中心疏松与缩孔控制

针对360 mm×450 mm断面的45钢连铸坯中心疏松和缩孔导致轧制后圆钢探伤不合格的问题,开展了拉速与二冷水对比试验、凝固末端电磁搅拌对比试验以及重压下压下辊辊型对比试验,采用低倍酸洗、原位分析和真密度分析了试验铸坯和轧制后圆钢质量。试验结果表明,采用拉速0.45 m/min、二冷采用中冷、凝固末端电磁搅拌采用300 A/2.4 Hz时有利于铸坯扩大铸坯等轴晶区,铸坯等轴晶区最大为280 mm×170 mm。重压下采用凸形辊生产的铸坯中心真密度为8.022 6 g/cm~3,致密度为0.998 4,高于平辊重压下。综合技术应用后,累计生产45圆钢2 583 t,45圆钢探伤合格率从70.85%提高到95.87%。     

非调质钢连铸关键技术的开发与应用

通过凝固仿真模拟计算结合现场试验得出了非调质钢最优的连铸轻压下工艺参数：1～5号拉矫辊执行3 mm-4 mm-5 mm-5 mm-3 mm的压下量,对应连铸拉速0.85 m/min,在提高铸坯低倍质量的同时,避免了压下裂纹的出现。在最优轻压下、拉速工艺参数的基础上研究了电磁搅拌对偏析等的影响,结合设备实际采用极值法试验得出了最佳的电磁搅拌参数：结晶器电磁搅拌电流350 A,频率2.0 Hz;末端电磁搅拌电流200 A,频率6 Hz。最终通过对连铸工艺参数的多元耦合研究,可以控制铸坯中心碳偏析指数不大于1.10。     

GCr15连铸大方坯凝固终点及末端的大压下区间

建立二维非稳态传热模型对380 mm×490 mm大方坯凝固过程进行了模拟计算,并采用射钉试验结果验证了该模型的准确性。计算结果表明,拉速对凝固终点影响最大,过热度和比水量影响较小。拉速每增加0.01 m/min,凝固终点后移约0.5 m;过热度每增加10℃,凝固终点后移约0.3 m;比水量每减少0.02 L/kg,凝固终点后移约0.15 m。在固相率较低时进行大压下,铸坯中心质量并未改善,同时会产生2.0级的中间裂纹。通过调整拉速,在较高固相率时进行大压下,铸坯中心偏析由2.0级改善到0.5级,中心疏松和缩孔降到0.5级,并且消除了内部裂纹。     

宣钢小方坯连铸应用轻压下技术试验

针对宣钢生产55#钢150 mm×150 mm小方坯经常出现中心偏析、中心疏松和中心缩孔的问题,进行了无压下、不同轻压下量的连铸坯试验,对比分析了试验铸坯的低信号质量。综合分析了拉速、过热度、总压下量参数对铸坯质量的影响,确定最适宜的拉速为2.0 m/min,压下量为7 mm。     

静态轻压下技术在GCr15轴承钢连铸生产中的应用

介绍了静态轻压下技术在北满特钢Concast铸机生产GCr15轴承钢240 mm×240 mm连铸坯的应用.结果表明,当钢水过热度20～30℃,拉速0.85 m/min,在铸坯3 m长范围内进行总压下量7 mm、3组压下辊压下量分别为(mm)3、2、2的轻压下连铸,铸坯中心疏松由原来未轻压下的2.0-2.5级降低至1.0～1.5级,V型偏析和中心缩孔明显改善,铸坯中心平均碳偏析指数由1.17～1.26降至1.07～1.13.     

拉速波动对GCr15轴承钢250 mm×280 mm连铸坯内部质量的影响

试验用GCr15轴承钢的生产工艺为100 t BOF-LF-RH-250 mm×280 mm连铸坯-Φ70 mm轧材。用碳截面偏析检验、射钉试验及高倍检验等分析检测方法,研究了结晶器冷却水2 530 L/min,钢水过热度33~37℃,二冷比水量0.12 L/kg,M-EMS 530 A/2.5 Hz,F-EMS 400 A/3.0 Hz参数下,GCr15轴承钢连铸坯拉速0.52~0.58m/min对连铸坯轴承钢碳偏析、坯壳厚度及末端凝固位置和Φ70 mm轧材带状的影响。结果表明,随着连铸拉速的提升,铸坯的宏观碳偏析先呈现下降后呈现上升趋势,凝固末端位置后移,液相穴长度变长,拉速控制在0.55m/min,有利于降低铸坯的宏观碳偏析和轧材球化退火后的带状组织级别。     

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。     

轻压下对20CrMnTiH钢240mm×240mm铸坯中心碳偏析和低倍组织的影响

试验研究了单辊轻压下量（0～14 mm）和压下位置（1^#～7^#）对低碳钢20CrMnTiH 240 mm×240 mm铸坯低倍组织和中心碳偏析的影响。结果表明,从3^#拉矫辊开始压下,最大压下量9 mm,低倍无缩孔比例上升12.3%,中心疏松1.0级比例和中心碳偏析无明显改善;从2^#拉矫辊开始压下,最大压下量1 1 mm,中心疏松1.0级比例和无缩孔比例下降,中心碳偏析合格率提升14.2%;从1^#拉矫辊开始压下,最大压下量14 mm,中心疏松1.0级和无中心缩孔比例均为100%,中心碳偏析合格率达到71.4%。综合分析得出,20CrMnTiH 240 mm×240mm铸坯在拉速0.85 m/min、结晶器搅拌300 A、5 Hz、单辊轻压下量14 mm时,铸坯中心碳偏析和低倍组织最佳。     

Q345钢250 mm×2000 mm板坯连铸凝固规律及工艺优化

针对Q345钢(/％:0.14 ～0.18C、0.20 ～0.50Si、1.30 ～ 1.50Mn、≤0.025P、≤0.025S、0.015 ～0.060Al)250 mm ×2 000 mm板坯中心偏析质量问题,建立凝固传热数学模型,并经射钉试验验证及修正,研究二冷强度(弱冷、中冷、强冷)、连铸速度(0.80 ～1.10 m/s)对铸坯温度场和坯壳厚度的影响,同时优化轻压下工艺和相应的连铸参数.结果表明,在典型拉速0.95 m/min及弱冷制度下,板坯凝固末端23.43 m,两相区长度7.22 m;减弱冷却强度,凝固末端后移0.56～0.67 m,两相区长度变长0.25～0.29 m;拉速增大0.15 m/min,凝固末端后移3.45～3.90 m,两相区长度变长0.94～1.22 m;优化采用弱冷冷却制度,拉速为0.95 m/min,轻压下位置对应固相率fs=0.4 ～0.9,总压下量达6 mm时,Q345钢板坯中心偏析Ⅰ级内平均合格率由83.1％提高到98.0％.     

板坯重压下对改善铸坯内部质量的研究

为改善宽厚板连铸坯的缩孔、疏松和偏析缺陷,河钢唐钢建成投产了国内首条宽厚板连铸坯重压下生产线。通过低倍和金属原位分析试验对比分析了不同压下量对连铸坯内部质量的影响。试验结果表明:随着压下量从0mm增加到24mm,连铸坯中心偏析等缺陷逐渐得到改善,24mm重压下时中心偏析等级仅为C 0.5级;通过原位分析试验发现,相较于轻压下,重压下后铸坯碳的最大偏析度由1.355降低到1.193,硫的最大偏析度由3.772降低到1.631,磷的最大偏析度由2.246降低到1.336,铸坯的致密度由96.76%提升到97.40%,说明板坯重压下是实现高致密度、均质化大断面铸坯生产的有效技术。     

连铸板坯凝固末端大压下改善铸坯内部质量

探讨了单对辊凝固末端大压下对连铸板坯内部质量的影响。研究中,分析检测了不同拉速条件下Q345D连铸坯低倍组织特征,并对铸坯中心疏松进行了定量测量。结果表明,采用大压下能够有效改善连铸坯的内部质量。拉速为0.70 m/min时,大压下15 mm相比轻压下时铸坯在宽度1/2位置、1/4位置处的中心疏松体积均明显降低。轻压下时铸坯宽度1/2、1/4位置处的中心疏松体积分别为1.73×10-7、2.68×10-7 cm3/g;大压下15 mm时铸坯宽度1/2、1/4位置处的中心疏松体积分别为5.33×10-8、-1.84×10-8cm3/g。轻压下、大压下15 mm时连铸坯中心碳偏析均较轻,但后者相对稍重,最大值分别为1.176、1.282;轻压下与大压下条件下,铸坯宽度1/4位置中心碳偏析均高于宽度1/2位置。特别地,大压下15 mm时,铸坯宽度1/2位置、1/4位置处,连铸坯中心靠外弧侧出现负偏析,最大负偏析值为0.916。