PMO作用对60Si2Mn弹簧钢凝固组织的影响

针对中天钢铁在60Si2Mn弹簧钢生产过程中出现的连铸坯凝固组织发达、中心缩孔等级偏高、铸坯初生相非对称性生长等问题开展技术攻关,选用上海大学先进凝固技术中心(CAST)研发的脉冲磁致振荡(简称PMO)凝固均质化技术,对该钢种的连续浇注过程进行干预。结果表明:施加PMO后,60Si2Mn弹簧钢连铸坯柱状枝晶呈对称生长且二次枝晶臂间距减小,内弧侧距离铸坯表面43 mm处发生柱状晶向等轴晶(CET)的转变,中心凝固组织明显细化并球化,中心缩孔基本消除,铸坯凝固组织结构明显优化。     

采用脉冲磁致振荡技术提高矩形AM2锚链钢连铸坯的均匀性

制作了尺寸为220 mm×260 mm的矩形锚链钢连铸坯。对部分连铸坯进行了由上海大学开发的脉冲磁致振荡(PMO)处理,以提高铸坯的组织均匀性。试验结果表明:适当的PMO参数可消除连铸坯的中心缩孔,显著增加等轴晶数量,减少中心碳偏析。譬如:(1)未经PMO处理的铸坯心部等轴晶的面积分数为13. 08%,而以680 A的峰值电流和90 Hz的频率PMO处理的铸坯达23. 41%,后者比前者增加了约79%;(2)未经PMO处理的铸坯心部等轴晶的面积分数为11. 74%,而以600 A的峰值电流和110 Hz的频率PMO处理的铸坯为23. 41%,后者比前者增加了1倍多。此外,经过PMO处理的铸坯的中心碳偏析指数降低0. 2以上,不超过1. 1。上述结果表明,PMO处理使锚链钢连铸坯的组织均匀性得到了显著改善。     

PMO-EMS组合调控提高铸坯均质化应用实践

脉冲磁致振荡(PMO)凝固均质化技术是通过促进形核并形成“结晶雨”细化凝固组织、提高铸坯均质化的一项原创技术。生产实践表明,该技术对提高连铸坯等轴晶率、降低偏析具有显著作用。将PMO与电磁搅拌(EMS)进行优化组合,利用EMS的搅拌作用,将PMO形成的“结晶雨”均匀分布于铸坯心部,消除等轴晶区偏心问题,从而大幅度提高铸坯组织对称性和均质化效果稳定性。结果表明,应用PMO-EMS组合调控技术可显著提高铸坯均质化水平,以轴承钢GCr15和齿轮钢20CrMnTi为例,等轴晶区对称性明显增加,偏析指数则可以分别控制在1.04和1.05以内。     

应用PMO技术提高齿轮钢铸坯拉速的可行性研究

研究应用PMO技术提高20CrMnTi齿轮钢铸坯拉速的可行性。研究结果表明,在没有采用PMO技术的情况下,铸坯拉速从0.94 m/min提高到0.99 m/min,铸坯等轴晶率由15.6%降低到13.3%,中心缩孔由0级变为0.5级,拉坯方向的中心碳含量波动加剧,碳偏析指数极大值从1.21增加到1.36。在同样的条件下,采用PMO凝固均质化技术铸坯的等轴晶率由26.0%降低为23.0%,中心缩孔均为0级,虽然拉坯方向的中心碳含量波动性略有增加,但碳偏析指数极大值均为1.10。采用PMO凝固均质化技术可以适当提高铸坯拉速并保持铸坯均质化水平。     

应用PMO提高低碳钢φ300 mm连铸圆坯心部质量

在芜湖新兴φ300 mm圆坯连铸机上引入脉冲磁致振荡技术(Pulsed Magneto-Oscillation, 简称PMO)以提高铸坯心部质量,探索了PMO电源参数和连铸机拉速对低碳20钢连铸坯质量的影响。结果表明,采用合适的PMO参数处理可显著降低20钢径向碳分布,碳极差比对比坯平均降低50%,且效果稳定。不采用PMO技术,将连铸机拉速从0.75 m/min提高至0.85 m/min后,对比坯低倍不合格,碳极差达到0.12%。采用PMO技术的铸坯仍保持了较好的心部质量,碳极差降低至0.03%,生产效率提高13.3%。     

拉速和脉冲磁致振荡对GCr15轴承钢铸坯质量的影响

对中天钢铁集团公司连铸机采用脉冲磁致振荡(简称PMO)技术进行了改造,以提高连铸坯的质量,并进行了试生产。研究了拉速和PMO对GCr15轴承钢铸坯质量的影响。试验时,连铸机第一流和第五流分别关闭和开启PMO,其拉速分别为0. 78和0. 82 m/min。试验结果显示:以两种拉速连铸并经PMO处理的铸坯均具有较大的等轴晶区面积分数,中心缩孔均为0. 5级,拉坯方向的心部碳偏析指数最大值均为1. 10;但未施加PMO的铸坯等轴晶区面积分数显著小于PMO处理的铸坯,其中心缩孔分别为2级和1. 5级。提高拉速会减小GCr15钢铸坯中心的等轴晶区面积,加重心部碳偏析。PMO处理有利于增加铸坯的等轴晶区面积、减少中心缩孔,尽管拉速较高,铸坯质量仍然良好。     

PMO凝固均质化技术在连铸GCr15轴承钢生产中的应用

脉冲磁致振荡(pulse magneto-oscillation,PMO)凝固均质化技术是我国学者原创的连铸坯凝固组织细化和均质化技术。将该技术应用于连铸GCr15轴承钢生产,研究脉冲磁致振荡对GCr15轴承钢连铸坯凝固组织和成分分布的影响。生产实践表明,PMO可以显著细化连铸GCr15轴承钢的凝固组织,改善碳偏析。     

水平连铸BFe10-1-1铜合金坯

探索了用水平连铸法生产83 mm的BFe10-1-1铜合金铸坯的工艺.并对铸坯的表面质量、凝固组织及溶质元素的分布进行了分析.结果表明,采用该工艺制备出的铸坯外表面光滑,无明显振痕;铸坯宏观凝固组织边部为细小的柱状晶,内部为细小均匀的等轴晶;微观凝固组织从边部到心部,呈现出从致密具有明显方向性的树枝晶到等轴晶的演变;测定了溶质元素在铸坯径向的分布,结果显示存在一定程度的成分偏析,针对该情况,提出了有效的解决方法.     

PMO作用对连铸轴承钢凝固组织及碳化物的影响

将脉冲磁致振荡(Pulse Magneto-Oscillation,简称PMO)凝固细晶技术应用于中天钢铁集团有限公司钢铁企业轴承钢的连铸生产中,对其铸坯及轧材进行连续取样,并对低倍组织及碳化物进行了检测。实验结果表明,经PMO处理后,铸坯中等轴晶占比明显增加,最高增加率达28.8%,且中心缩孔和缩松有明显改善。带状碳化物和液析碳化物的尺寸和分布也得到了明显改善,尺寸减小率最高分别达到81.9%和86.3%,这将对轴承钢的疲劳寿命起到积极的作用。     

电磁连铸对镁合金凝固和偏析的影响

对电磁连铸AZ31镁合金的宏观组织,以及溶质元素在铸锭截面上的分布规律进行了工业化(生产)规模的实验研究.结果表明:合适与匹配的连铸工艺和电磁场处理可使镁铸坯晶粒组织细化.在拉速8 cm/min和表观直流电流40 A的电磁场条件下,φ162 mm圆坯的AZ31镁合金宏观凝固组织细化为均匀的等轴晶组织.同时,铸坯中溶质元素的偏析明显改善.以Zn,Mn元素为例,其平均偏析度分别比普通连铸下降73%和67%.     

电磁搅拌下连铸方坯凝固组织模拟

运用ProCAST软件对连铸方坯凝固过程进行仿真模拟,同时利用CAFE模块对连铸坯凝固组织进行预测,模拟结晶器有无电磁搅拌条件下连铸坯凝固组织。仿真结果表明,电磁搅拌明显缩小柱状晶区、增大中心等轴晶区;对结晶器有无电磁搅拌条件下实际生产的连铸坯组织对比分析,证明模拟结果与试验结果吻合。     

连铸坯凝固末端电磁搅拌位置及连铸工艺优化

为了预测180 mm×220 mm轴承钢方坯的凝固末端位置,对国内某厂方坯连铸机开展射钉试验,并基于Thercast模拟仿真研究了连铸工艺参数(过热度、冷却强度、拉速)对凝固末端位置的研究。结果表明,在过热度20 ℃、拉速0.85 m/min下,180 mm×220 mm轴承钢方坯的凝固终点距离弯月面11.39 m,而末端电磁搅拌位置在11.40 m,无法充分发挥末端电磁搅拌的作用。根据射钉试验、Thercast仿真结果、设备条件、生产节奏等因素对连铸工艺进行了优化,适当降低结晶器水和足辊水量,保持其他参数不变。连铸坯低倍质量表明,工艺优化前铸坯中心存在疏松缩孔,工艺优化后中心疏松为1级、中心偏析为0级,满足质量要求。此外,通过9点法检验了工艺优化后的铸坯碳极差,其值不高于0.12%,满足质量要求。     

Flow analysis of semi solid processing for grey cast iron

Abstract

Fluidity tests for semi solid processed grey cast iron were conducted at different degrees of primary fraction solid using fluidity strips with 2·5, 5 and 14 mm wall thickness. The microstructure of the fluidity strip castings was examined. Fluidity parameters, such as slurry velocity, critical solid concentration and choking range were studied. It can be concluded that critical solid concentration increases with the increase of wall thickness. The slurry velocity drops suddenly at a certain fraction solid very near to the critical solid concentration. Choking range zone can be measured by observing microstructure. A solidification model for fluidity has been developed based on the literature and microstructure study of semi solid processed grey cast iron. A mathematical equation has been obtained from the solidification model by modifying Flemings' fluidity model in order to analyse cavity filling of semi solid grey cast iron.     

马钢低碳钢板坯高拉速连铸技术的应用

为了进一步解决连铸高拉速条件下的板坯质量问题,马钢有针对性地开展了低碳钢板坯高拉速连铸技术研发工作。通过采用高效连铸防粘结技术、高效强冷结晶器控制技术、低黏度保护渣优化控制技术、水口堵塞控制技术、动态二冷凝固控制技术等技术措施,解决了高拉速条件下出现的坯壳凝固不均匀、结晶器卷渣、铸坯质量等技术难题;稳定提升1 200 mm宽断面(厚度230 mm)低碳钢铸坯拉速至1.8 m/min;拉速由1.6提至1.8 m/min之后,炉均可减少浇铸时间2.5 min,连铸平均连浇炉数达到6炉以上。技术改进后,有效缩短了浇铸周期,提高了生产效率。     

连铸坯凝固过程的数值模拟研究

研究了拉速和过热度相关工艺参数对铸坯温度场的影响规律,利用Fluent软件模拟石油套管用钢37Mn5铸坯的连铸凝固过程,分析了连铸坯凝固传热过程的温度场。讨论了不同过热度和拉坯速度条件下铸坯温度场的分布情况。总结了连铸圆坯凝固过程的传热特点,优化了工艺参数。结果表明,优化后的工艺参数可以指导生产实践。     

Heat transfer and solidification analysis in the mould region of a horizontal copper alloy billet continuous caster

Abstract

Mathematical modelling has been widely used as a powerful tool for process design and optimisation of the continuous casting process. A three-dimensional heat transfer model was developed to simulate heat transfer and solidification in a horizontal billet continuous casting system. In this model, the air gap formation and its effect on heat extraction from the billet was also modelled and considered. The developed model was run to simulate the heat transfer and solidification for an industrial billet casting machine. The predicted temperature distribution within the mould and billet was compared with those measured on an industrial caster and good agreement was obtained. Parametric studies were carried out to evaluate the effects of different parameters on the temperature distribution and solidification profile within the cast brass billet. Finally, the secondary dendrite arm spacing (SDAS) was determined experimentally and a semi-empirical correlation between measured SDAS and corresponding calculated cooling rate was proposed for continuously cast brass billet.     

Mn13高锰钢连铸坯冷却过程中碳化物的析出特征

某企业Mn13钢采用连铸工艺生产，轧制后出现批量沿中心面分层开裂的情况，且开裂比例远高于模铸坯料，初期试验证实这与坯料中心面附近粗大碳化物析出有关，因此重点研究Mn13钢连铸坯在凝固及冷却过程中碳化物的析出特征。本研究通过Thermo-calc热力学计算和实验室模拟冷却组织观察的方法研究了Mn13钢冷却过程中碳化物的析出行为，计算结果表明，在热力学平衡条件下，碳化物在847℃时开始析出，到557℃时碳化物全部析出。模拟冷却试验的组织观察结果表明，在冷却处理前(650℃以上)没有可见的碳化物析出；冷却至550℃时碳化物开始明显析出，400～550℃为碳化物析出的敏感温度区间。在生产过程中，连铸坯在400～550℃温度区间应该选择快速冷却方式避免碳化物析出。此外，现场工艺实践表明，采用合理的连铸工艺(如钢水过热度、电磁搅拌及动态轻压下工艺)也有助于改善Mn13钢铸坯中心偏析问题，减轻铸坯凝固过程中芯部的碳化物析出倾向。     

基于二冷均匀冷却的方坯连铸机二冷喷淋结构

某厂180 mm方坯连铸机生产的铸坯存在较为严重的角部皮下裂纹问题。通过对铸机建模、数值仿真,得到铸坯凝固过程中的表面中心、角部温度等数据。基于二冷均匀冷却原则,对铸坯二冷喷淋结构进行数值仿真评估与优化,包括铸坯在纵向以及周向上的冷却均匀性分析。依据分析结果提出喷淋结构改造方案,对铸机第10流二冷喷淋结构进行实际改造,进行生产试验。对比未改造(其他流)与改造后(10流)生产的铸坯低倍形貌发现,10流生产的铸坯角部皮下裂纹得到明显改善。