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。     

圆坯连铸凝固传热数学模型及应用

建立了34Mn5V钢Φ400 mm圆坯连铸过程中的凝固传热数学模型,运用该模型计算得到的二冷各区控制点的表面温度与现场实测结果一致。用该模型计算得出,钢水过热度对铸坯表面温度影响较小,拉速和二冷区冷却强度对铸坯温度影响较大。生产实践表明,当生产Φ400 mm铸坯的拉速达到0.4～0.6 m/min时,自动控制的二次冷却制度能满足工业连铸要求,可得到优质铸坯。     

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。     

珠钢CSP薄板坯凝固层厚度研究

结合珠钢生产实际情况，采用射钉法来测定二冷区不同位置的凝固坯壳厚度，试验结果表明，4．8m／min拉速下铸坯液芯长度为4820mm，4．5m／min拉速下铸坯液芯为4490mm，两种拉速下连铸坯坯壳厚度的实际测量结果与凝固传热模型计算结果一致。整个凝固过程坯壳厚度生长符合平方根定律。     

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。     

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。     

Ⅹ80管线钢238mm×1650mm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 m~3/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88m~3/h。     

板坯凝固末端不同压下模式对低合金钢内部质量的影响

提高宽厚板连铸坯的致密度与均质度,是突破传统轧制压缩比、提高宽厚板性能及探伤合格率的重要前提和保障。连铸坯凝固末端重压下能够有效改善铸坯中心凝固缩孔、疏松、中心偏析等缺陷,是生产高品质厚板的重要手段。本研究利用Ansys有限元模拟软件,计算0.85 m/min、0.89 m/min、0.93 m/min拉速时连铸坯固相率,预测固相率的变化趋势,确定了不同拉速下凝固末端位置。考虑现场设备能力及试验安全,选取0.85 m/min作为试验拉速,在0.66～1.0固相率范围内,进行不压下、液相区压下10 mm和液相区+两相区压下20 mm三种模式下的连铸重压下试验。在试验铸坯上取样,对试样的致密度、中心偏析及铸坯组织等进行检测,并分析对比不同压下模式对铸坯内部质量的影响。结果表明：在试验拉速下,压下量在0～20 mm范围内,随着压下量的加大,铸坯致密度提高,中心偏析得到明显改善,铸坯晶粒尺寸显著细化。     

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。     

连铸过程结晶器内钢水凝固收缩计算研究

针对连铸结晶器铜管的锥度设计问题,采用凝固收缩——传热反馈调节计算方法,对130 mm×130 mm连铸结晶器内的传热、凝固及凝固收缩进行了计算研究,并与传统的利用假设的热流密度进行连铸坯锥度设计的计算方法进行对比。结果表明该计算方法可以有效地模拟实际连铸过程中角部区域凝固收缩对热流密度及温度分布的影响。针对CB300-V钢种,断面130 mm×130 mm连铸坯在3 m/min拉速下的计算结果为:凝固坯壳角部温度1 250℃,与经典热流公式计算的角部温度700℃有明显差别,面中心处明显的收缩开始于距结晶器上沿0.4 m的位置,凝固收缩的数值集中在0.000 2 m的范围内,角部最大收缩量为0.001 575 m。随着距表面距离的加大,凝固收缩呈减小趋势,凝固收缩的减少量与距离呈非线性关系。     

工艺因素对82B钢280 mm x325 mm铸坯凝固过程的影响

为模拟不同工艺条件下的连铸坯的凝固过程,采用有限元法模拟了82B钢连铸的凝固过程,获得280 mm×325 mm连铸坯的温度场。结果表明,随拉速从0.60 m/min增加到0.76 m/min,凝固时f_s=1处与f_s=0处皆后移,但中心凝固时间反而增加了9.8%。随过热度由15℃增加到50℃时,凝固末端f_s=1处同样后移,约后移1.1 m。根据模拟结果改进连铸工艺,当拉速从0.60 m/min增加到0.76m/min,增加轻压下工艺可改善低倍质量。     

基于有限元法对GCr15轴承钢280 mm x325 mm铸坯凝固组织的模拟与分析

基于有限元法按照二维凝固传热模型对拉速0.6m/min和0.5 m/min,钢水过热度30℃和10℃以及比水量0.25 L/kg和0.20 L/kg连铸的GCr15轴承钢280 mm×325 mm坯进行凝固组织模拟,研究连铸工艺参数对铸坯组织的影响。结果表明,当过热度由10℃增大到30℃时,铸坯等轴晶和混晶区域面积由70%降低到55%,过热度对铸坯凝固组织的影响非常显著;拉速由0.6 m/min降低到0.5 m/min,柱状晶平均增长6.5 mm,但是由柱状晶向等轴晶转变的过渡区域减小,可以减轻溶质元素在此区域的富集;将比水量由0.25 L/kg降低到0.20 L/kg,铸坯柱状晶和等轴晶区域没有明显的区别,所以降低比水量对铸坯凝固组织没有明显的影响。     

重轨钢连铸凝固末端位置研究及工艺优化

根据武钢第一炼钢厂重轨钢连铸生产条件,建立380 mm ×280 mm方坯凝固传热数学模型,并采用射钉法验证及修正。模拟结果表明,U71Mn和U75V钢的凝固末端各自位于距结晶器液面16.96～21.68 m和16.50～21.17 m;减弱二冷强度或增大拉速,U71Mn和U75V钢凝固终点均会明显后移。根据计算结果,二冷制度由弱冷(0.346 L/kg)改为超弱冷(0.218 L/kg),拉速采用0.7 m/min,应用1～4~#机架轻压下,压下量为5～7 mm,U71Mn和U75V钢凝固终点延长至21 m以上。连铸工艺优化后,重轨钢大方坯中心疏松Ⅰ级内平均合格率由89.64%提高到99.50%。     

压下对重轨钢大方坯内裂纹敏感性的影响

为研究压下对连铸坯内部裂纹产生的影响,利用ABAQUS有限元软件建立了230 mm×280 mm断面大方坯压下数学模型。通过压下模型对重轨钢连铸坯压下过程进行热力耦合模拟计算,对压下过程中产生的内部裂纹进行了预测。首先,对连铸坯不同中心固相率为0.3～0.7的温度场进行计算;然后,利用压下模型计算了连铸坯中心固相率0.3～0.7时凝固前沿的等效塑性应变。研究结果表明,在连铸坯中心固相率为0.3～0.7的位置处分别施加7 mm压下量进行压下,连铸坯凝固前沿等效塑性应变未超过临界等效塑性应变（0.4%）,连铸坯未出现内裂纹;同时,对连铸坯在中心固相率为0.6位置处进行了不同压下量的研究,研究结果表明,当连铸坯压下量超过7 mm时,凝固前沿的等效塑性应变超过临界塑性应变（0.4%）,连铸坯出现内裂纹,并且压下量越大,连铸坯内裂纹越严重。同时,工业试验结果与模型计算结果基本吻合,验证了模型计算的准确性。      

凝固组织对GCr15轴承钢220 mm×260 mm连铸坯中心偏析的影响

铸坯高中心等轴晶率及小的二次枝晶臂间距有利于降低高碳钢M+E-EMS连铸坯中心偏析。通过建立GCr15钢220 mm×260 mm连铸坯耦合有限元-元胞自动机模型(CAFE)及二次枝晶臂间距(SDAS)模型,研究结晶器电磁搅拌、过热度和拉速对中心等轴晶率及二次枝晶臂间距的影响。结果表明,相比于拉速,过热度和结晶器电磁搅拌对其影响明显。随着过热度降低及结晶器电磁搅拌强度增加,铸坯中心等轴晶率增加而二次枝晶臂间距减小,而拉速对凝固终点和中心固相率影响大。工业试验结果表明,采用结晶器与凝固末端电磁搅拌,相比于过热度35℃和拉速0.75 m/min,控制过热度小于25℃且拉速调整为0.8 m/min时,轴承钢GCr15铸坯中心等轴晶率由原27%增加至38%且二次枝晶臂间距细化,中心碳偏析指数由原1.06～1.39降至0.93～1.13。     

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。