连铸板坯结晶器内钢液流速的控制与应用

针对SPHC-S铸坯生产存在夹渣缺陷的现状，对不同工况条件下的结晶器流场进行了测定，并根据测试结果进行了工业试验验证。结果表明，水口倾角相同的情况下，当插入深度为140 mm时，随着拉速由1.7 m/min增大至2.0 m/min,结晶器表面流速由0.201 m/s增大至0.279 m/s;当插入深度为160 mm时，相同涨速范围内，结晶器表面钢液流速由0.167 m/s增大至0.234 m/s。当水口插入深度相同，倾角为15°时，拉速由1.7 m/min增至2.0 m/min,结晶器表面流速由0.179 m/s增大至0.258 m/s;当浸入式水口倾角为30°时，结晶器表面钢液流速随着拉速的变化由0.167 m/s提高至0.234 m/s。经过表检系统验证试验热轧卷板夹渣情况，发现结晶器表面钢液流速为0.22～0.24 m/s时，卷板夹渣指数最小。此流速对应的最优工况为浸入式水口倾角30°,水口插入深度为160 mm,拉速为2.0 m/min,且按照此工艺参数进行工业生产验证后，卷渣缺陷相比之前减少51%。     

20Cr钢曲轴锻件翘皮成因分析和工艺改进

20Cr钢的生产流程为120 t BOF-LF-200 mm×200 mm坯CC-轧制。对Φ35 mm 20Cr圆钢锻造的小型机械曲轴的结疤翘皮进行了成分检测、金相分析和电镜扫描能谱分析。结果表明,连铸过程结晶器液面波动超过±5 mm,造成保护渣卷入弯月面,引起铸坯表面夹渣和增碳,轧制过程形成结疤翘皮缺陷。通过浸入式水口深度由80～120 mm增加至90～130 mm,强化中间包水口和塞棒管控以及优化保护渣操作与性能使熔渣层厚度为10～15 mm,保证结晶器液面波动稳定在±3 mm内,避免了铸坯卷渣和锻件翘皮。     

适合漏斗型薄板坯连铸结晶器三孔水口的水模型优化

 采用1∶1的水模型研究了5种不同底孔直径(16～28mm)的三孔水口下漏斗型薄板坯结晶器内的流场、液面特征和卷渣行为。结果表明：在常规工艺参数下,5种三孔水口下结晶器内钢液的流场都是典型的“双辊流”,且流场稳定;在5种三孔水口下结晶器液面波动都较平稳,且波动范围都在±(3～5)mm之间。5种不同水口下结晶器液面主要发生剪切卷渣,漩涡卷渣很少发生。试验得知：在水口浸入深度280mm,拉速为5m/min时,剪切卷渣发生的钢液临界表面速度是0.32m/s,与文献报道的模型计算值较吻合。在水口浸入深度280mm、拉速为5m/min的条件下,适合薄板坯连铸的最佳的三孔水口的底孔直径为22mm。     

C72DA钢连铸时避免结晶器钢水卷渣的工艺实践

通过对150 mm×150 mm方坯结晶器钢水流场的模拟和卷渣机理的分析,改进了连铸的有关工艺参 数：浸人式水口浸人深度由70～80 mm提高到120～135 mm;浸入式水口下口直径由25 mm增大至32 mm;保护渣 粘度由0.38 Pa ·8提高到0.40 Pa ·8;结晶器钢液面波动由±5.0mm降低到±3.0 mm。结果使C72DA钢的夹杂 物合格率由92.10%提高到99.51%。     

无取向硅钢薄板坯连铸液面波动和水口结瘤控制

不同于鼓肚导致的亚包晶钢液面波动,针对无取向硅钢薄板坯连铸结晶器液面严重波动的问题,通过研究浸入式水口结瘤对结晶器流场的影响、分析事故时操作与液位曲线的现场数据,可推断出结晶器液面波动的主要原因是大量未去除的脱氧产物所造成的浸入式水口结瘤。本溪钢铁(集团)有限责任公司炼钢厂的生产实践表明:通过采取精准控制转炉终点钢水w(O)至800×10-6以下、RH后期软吹氩流量从150~200 L/min减小到40~50 L/min、适当提高中间包钢水过热度在25~45℃等技术措施,无取向硅钢结晶器液面的波动幅度从±15 mm以上降低至±3 mm以内。     

浸入式水口对82B钢方坯渣沟缺陷的影响

 为了解决82B钢连铸坯表面出现渣沟的问题,以提高钢渣界面温度、改善保护渣的熔化与润滑效果为出发点,对连铸现场180 mm×180 mm小方坯结晶器建立三维数学模型,对比施加电磁搅拌工艺不同直通型浸入式水口下结晶器内流场和温度场分布。计算结果表明,当水口内/外径由40/100 mm变为30/70 mm后,水口两侧流速大于0.15 m/s的流场区域扩大,水平截面环流最大流速由0.44 m/s降低至0.42 m/s,这表明流股对四周壁面的冲刷作用减弱;钢液面最大流速由0.12 m/s增大至0.15 m/s,高温区域范围扩大。综合效果显示,水口内外径减小对结晶器内的流场影响较小,钢渣界面附近钢液温度提高。现场试验统计表明,水口内外径减小后,保护渣消耗量由吨钢0.189 kg提高到0.228 kg,钢液面处保护渣的熔化良好,润滑效果得到了改善。配合保护渣优化等措施,铸坯表面渣沟发生率明显下降,由改进前的40%~50%降低到改进后的1%以内。     

浇铸参数对结晶器液面波动影响及其工业应用

 板坯连铸结晶器液面的波动行为是结晶器内钢液流动、结晶器自身振动以及辊子挤压铸坯内部未凝固的钢液造成液面波动综合作用的结果。结晶器液位波动的稳定性对板坯连铸过程的卷渣行为有直接影响。在工业板坯连铸生产实践中,一般在结晶器某一区域(比如结晶器中部)利用放射源或涡流传感器检测液位波动来代表该工况下的整体波动水平。利用三维气液两相流动的数学模型研究了浇铸参数对结晶器液位轮廓的影响,浇铸参数包括拉速、吹氩流量、浸入式水口出口角度和浇铸断面。研究结果表明,结晶器不同宽度位置的波动幅值差异较大,且与工艺参数密切相关。液面的波峰与波谷之差随着拉速的增加在窄面附近逐渐增大,随着吹氩流量的增加在水口附近逐渐增大。在水口出口角度15°条件下,水口和窄面附近的液位波动均较大,而在水口出口角度45°条件下,仅在水口附近存在较大的液位波动。研究结果表明,使用板坯连铸常规的15°浸入式水口,当铸坯宽度大于800 mm时,结晶器液面检测需要在水口和窄面附近同时布置液位检测设备,以便更全面反应结晶器的真实液面行为,使液面波动对轧板表面质量指导性增强,有效提高连铸工艺的控制水平。如使用45°浸入式水口可以继续沿用原有的液位检测布置。     

MCCR产线110 mm薄板坯结晶器流场的数值模拟

首钢京唐MCCR产线是国内第一条多模式连铸连轧产线,薄板坯高拉速连铸是实现无头轧制模式的基础,结晶器内流场控制是决定薄板坯高拉速连铸的关键。采用VOF两相流模型研究薄板坯连铸结晶器内流场特点,采用插钉法测量实际生产过程结晶器弯月面流速,并与对应工况条件下模拟结果进行对比校验了模型准确性。通过薄板坯连铸结晶器内流场的数值模拟仿真,获得了薄板坯高拉速条件下结晶器内钢液的流动特征。研究了连铸拉速、2种浸入式水口结构等因素对弯月面流速以及波高差的影响。结果表明:随着通钢量由3.4 t/min增加至8.2 t/min,采用四孔水口时,结晶器弯月面钢液流速由0.02 m/s增加至0.30 m/s,结晶器钢液面波高差由2.0 mm增加至7.2 mm;采用五孔水口时,结晶器钢液面波高差由0.25 m/s增加至0.5 m/s,结晶器钢液面波高差由2.6 mm增加至17.0 mm。高通钢量条件下(5.5～8.2 t/min),采用四孔水口更加有利于控制液面波动稳定性。     

薄板坯连铸漏斗形结晶器内卷渣行为物理模拟

针对高拉速下薄板坯连铸结晶器内的液面卷渣问题，建立了1∶1水力学模型，采用水/真空泵油模拟钢/保护渣介质，研究了连铸拉速、水口插入深度、保护渣黏度对漏斗形结晶器内液渣层变化及卷渣行为的影响。结果表明，随着拉速提高，结晶器内液面波高升高，液面高度自窄边向水口方向逐渐降低，液渣层厚度相应由薄变厚，导致结晶器窄边附近钢液裸露；结晶器内窄边至水口之间1/2处波高变化较大、液面流速最大、易发生剪切卷渣。在试验条件下，采用增加水口插入深度、降低最高拉速、适当提高保护渣黏度等方法，使液面速度小于0.486 m/s的临界流速、液面波动指数F数小于5.45,可防止结晶器内产生剪切卷渣。然而，这些手段不能避免结晶器内水口附近的旋涡卷渣，这是因为薄板坯连铸钢通量大以及漏斗形结晶器和鸭嘴形水口容易形成负压旋涡造成的。     

宽板坯连铸结晶器内液面波动的数值模拟

以150 mm×(1 600～3 250) mm宽板坯连铸结晶器为研究对象,利用大型商业软件ANSYS CFX10.0建立了一个三维有限体积模型,采用多相流的VOF模型对结晶器内保护渣-钢液界面波动进行数值模拟,重点研究了拉速、水口倾角、铸坯断面宽度等工艺参数对结晶器内液面波动的影响.结果表明:随着结晶器宽度、拉速的增加,液面波动明显增大;采用较大的水口倾角,可以抑制液面波动,减少卷渣.     

基于数值模拟的结晶器卷渣在线预测方法

 结晶器保护渣卷入到钢液中后容易被生长的凝固坯壳捕获,最终在冷轧板上形成由卷渣引起的表面缺陷,会严重恶化钢产品的质量。结晶器液面卷渣现象受到钢液成分、温度、流动方式和吹氩流量的影响。结晶器表面钢液流速大小是反映钢渣界面是否发生卷渣的重要参数,但在实际浇铸过程中,不能在线预测不同拉速、吹氩流量和水口浸入深度下结晶器表面钢液的最大速度。提出一种基于板坯连铸结晶器内多相流动数值模拟的结晶器卷渣在线预测方法。首先,建立结晶器内三维多相流动数学模型,模拟不同拉速、吹氩流量和水口浸入深度下的钢液流动行为;其次,对计算得到的表面钢液流速的最大值进行拟合,得到固定浇铸断面下结晶器表面最大流速的预测公式;最后,通过某钢厂的插钉板工业试验验证了所提方法的准确性。研究发现,不同浇铸参数下表面钢液流速沿结晶器宽度方向呈现先增加再减小的变化趋势,在结晶器宽度1/4位置具有最大值。钢液流速在较小和较大拉速下分别在窄面和水口附近具有较大值;在较小和较大吹氩流量下分别在水口和窄面附近具有较大值;随着水口浸入深度增加,钢液流速在水口和窄面附近变化较小。基于拟合的钢液流速公式,通过比较最大钢液流速与钢渣界面发生卷渣的临界流速,实现了结晶器卷渣的在线预报。     

连铸结晶器内卷渣模拟方法研究

以重钢板坯连铸结晶器为研究对象,选用不同液面保护渣模拟材料进行实验,并结合实际生产结晶器内保护渣覆盖状况观察结果,得出水模实验过程中合理的液面保护渣模拟方法;在此基础上建立起结晶器内液面波动大小与保护渣覆盖状态的关系,结果表明在实际操作中结晶器内液面波动在3—7mm范围内,可得到比较理想的保护渣覆盖效果。     

板坯连铸结晶器内水口结瘤对钢液流动行为的影响

 根据现场调研结果,采用物理模拟和数学模拟相结合的方法,系统地研究了浸入式水口单侧结瘤对结晶器内流场、液渣层以及气泡的影响,同时,还考察了不同体积的结瘤物脱落进入结晶器后的运动轨迹。研究结果表明,水口单孔结瘤将导致结晶器两侧流场不对称。相比较于结瘤侧,未结瘤侧流量增加,流股冲击增强,保护渣卷入钢液的几率增大,同时,未结瘤侧的气泡数量增多,气泡穿透深度增大。此外发现,不同体积结瘤物脱落进入结晶器后,粒径较大者更容易上浮至结晶器液面。     

Experimental Investigation of Fluid Flow in CC Mold With Electromagnetic Filed

Fluid flow in continuous casting mold is one of the key factors to influence the process, because the operation of the casting process and most of the defects in steel quality are closely associated with fluid flow in the mold. Electromagnetic field(EMF) has been applied to control the fluid flow as an efficient technology, and a lot of research works on the effect of the EMF has been done by numerical simulation. Aware of the limitation of the numerical simulation of the flow under a static EMF, low melting metals have been adapted to the investigation of flow in EMF. In the report, some of works on electromagnetic brake ruler (EMBR) and Flow Control Mold (FC-Mold) in slab casting with mercury as an analogue of liquid steel are presented. In the experiment, the flow in the mold and fluctuation of meniscus were measured by the ultrasonic DOP2000 velocimeter. The effects of the magnetic flux density and location of the magnets on the flow in the mold have been studied. The results showed that the flow discharged from the SEN was suppressed, both of the distribution of the kinetic energy and the turbulence intensity were changed, and the flow stability of liquid metal in the mold was enhanced. In electromagnetic brake ruler when Bmax was more than 0.29T, the surface level fluctuations were suppressed,the flow at the meniscus became stable and the flow pattern at the meniscus were improved, and the impact strength of liquid metal was weakened simultaneously, and the penetration depth was reduced. It was beneficial to improve the flow in the upper eddy, fluctuation of meniscus and stability of the flow when the magnet was located near the SEN. However, it was good to reduce the impact action and penetration depth when the magnet was away from the SEN. Compared with EMBR, it was more effective to use FC-Mold for improving the flow in the upper eddy, fluctuation of meniscus and stability of the flow. Nevertheless, it was more effective for lower flow to reducing the impact action and penetration depth using EMBR. The     

Effect of electromagnetic stirring on flow field in mold under submerged entry nozzle clogging

A physical model with mercury as analog was developed to investigate the influences of electromagnetic stirring( EMS) on flow field in slab continuous casting when the submerged entry nozzle( SEN) was clogged with different clogging rates( 0,10%,25%,and 50%). The flow field in mold under different EMS currents( 0,40 A,and 60 A) was measured by an ultrasonic Doppler velocimeter. The results proved that the flow field in the mold was a typical double roll structure under non-clogging SEN. As the SEN clogging rate increased,the flow field structure was transformed from a double roll to asymmetry flow. When the clogging rate reached 50%,the up circulation disappeared on the clogged side. The zone under the meniscus near the narrow face was a non-flowing area. EMS could correct bias flowcaused by SEN clogging and improve the symmetry of the flow field during SEN clogging.     

热轧卷板表面夹渣缺陷来源分析及控制现状

热轧卷板的表面夹渣缺陷对热轧板的质量及产品性能会产生极其恶劣的影响,会导致产品品级的下降乃至报废等问题,并对产品的服役期限及性能造成一定影响.随着冶炼过程中钢液洁净度的不断提高,夹渣缺陷所造成的质量问题显得尤为严重.而不同生产工艺下表面夹渣缺陷的来源方式略有差异,缺陷的来源主要有精炼过程中钢包渣的卷渣、非稳态浇注时期的...