连铸坯热送热装工艺的有限元模拟

连铸坯热送热装工艺可以节约加热炉能耗,实现节能减排的目标,为钢厂带来经济效益。本文利用有限元软件模拟钢液自进入结晶器直至出加热炉全流程温度场。结合连铸全流程不同时间节点铸坯含有的热量,分析连铸过程热量损失。模拟冷装、温装及直装坯在加热炉加热至出炉温度时的热量与进加热炉进行对比,分析不同温度铸坯再加热过程需吸收的热量。     

基于感应加热的无孔型轧制数值模拟探讨

采用有限元分析软件模拟了高速线材生产中铸坯感应加热过程和粗轧无孔型轧制1~3道次的热连轧过程。计算并分析了感应加热过程温度的变化,分析了轧制过程中轧制力、等效应变和温度的变化。计算结果表明,当铸坯表面温度在950~1 100℃范围内时,表面温度越低,粗轧过程中铸坯断面变形相越均匀,变形更易渗透到铸坯中心位置。     

热送热装工艺的数值模拟

为了研究热送热装工艺过程中铸坯的温度变化和热量得失,优化现场生产制度,以某钢厂的热送热装工艺为依据,利用有限元法建立了倒角坯冷却凝固、辊道运输和在炉加热的二维传热模型,并结合现场测温验证了模型的正确性。结果表明,铸坯在热送过程中会形成角部温度最低、窄面次之、芯部温度最高的类椭圆形温度分布;在炉加热过程中低温区域会由角部逐渐向芯部移动,会逐渐形成角部温度最高、芯部温度最低的类椭圆形分布。在炉加热时,铸坯在加热一段吸热量最大,约占总吸热量的52.01%,对加热影响最大;其次为加热二段,所占比例为35.26%,预热段和均热段吸热量较小。通过对热送热装工艺的数值模拟研究,发现现有工艺存在铸坯在炉加热时间过长的问题,现有工艺下铸坯进入均热段368 s即可出炉,可以通过调节生产节奏或降低炉温的方式,提高产量或降低加热炉能耗。     

GCr15轴承钢在不同加热速率下的奥氏体转变研究

加热速率对GCr15轴承钢铸坯表面组织有较大影响。利用DIL805A热膨胀仪进行热模拟试验,通过分析GCr15轴承钢在连续加热过程中的热膨胀曲线,研究了不同加热速率下的奥氏体转变过程,分析了加热温度对奥氏体转变温度和奥氏体转变量的影响,分析了不同加热速率下奥氏体转变规律和大断面铸坯表面组织。结果表明:GCr15轴承钢中珠光体转变为奥氏体,温度范围约为760~810 ℃;(Fe,Cr)₃C_Ⅱ向奥氏体中的溶解,温度范围约为810~1 100 ℃;奥氏体的成分均匀化温度大于1 100 ℃。若GCr15大断面铸坯表面过热度大,相变后晶粒粗大,相对于内部组织其表面的耐磨性和抗疲劳性下降,且铸坯表面奥氏体浓度均匀性差,后续液析碳化物溶解过程受阻碍,碳化物溶解浓度不均匀,表面的组织性能受到影响。根据J-M-A方程,计算了模型参数,GCr15轴承钢激活能Q约为7.156×10⁵ J/mol,n=0.52,k₀=75。     

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实验室模拟了不同热送热装温度的Ti微合金化连铸坯热送热装和加热过程,并采用光学显微分析、扫描电镜分析和透射电镜分析等方法,观察了生产条件下连铸坯和粗轧中间坯试样的显微组织,以及实验室条件下不同热履历铸坯试样的显微组织,分析了热送热装连铸坯在粗轧过程中表面裂纹的生成原因。结果表明,经热送热装的连铸坯表面金属中奥氏体晶界处的先共析铁素体膜及沿奥氏体晶界的碳氮析出物可能是导致粗轧过程表面裂纹形成的主要原因。     

热送裂纹产生机制及生产工艺控制研究

针对包钢宽厚板铸坯热装热送生产工艺产生的钢板细小纵向裂纹进行了金相取样分析,确定了缺陷为轧制工艺之前产生。产生原因是热送的高温铸坯表面在加热炉内产生了混晶组织,降低了晶界塑性,裂纹初步产生于加热过程,并在后续的轧制过程中扩展。采用自主设计的红送铸坯表面淬火处理装置使铸坯表面温度降低至650 ℃以下,有效改善了铸坯的表层组织、提高了铸坯表面的综合力学性能,避免了热送裂纹的产生。包钢宽厚板铸坯热装热送比例由试验初期月平均30%提升至最高72%的水平,显著降低了产线的制造成本,缩短了供货周期 。     

连铸坯在加热炉内的温度场数值模拟

采用MSC.Marc有限元模拟软件对加热钢坯进行埋偶试验,得出加热炉内部的实际炉气温度,并以此为边界条件。以钢坯入加热炉时的温度为初始条件,建立钢坯在加热炉内的三维温度场模型;计算钢坯在步进式加热炉内的温度场变化情况,得出不同热装温度的钢坯在加热炉内的温度变化;优化实际生产中的加热工艺。该研究为提高工厂生产效率,节约能源起到指导作用。     

连铸小方坯直接热装加热工艺研究与生产实践

采用实验室加热炉物理模拟与计算机数字模拟相结合的方法，研究了无锡锡兴钢铁联合公司实施小方坯直接热装加热炉时，热装温度与加热炉吨钢能耗的匹配关系，提出了５００￣９００℃时不同热装温度下加热炉的合理加热工艺。使锡兴公司取得了连铸坯直接装炉平均温度达到７３２℃，加热炉吨钢平均油耗为２９．７９ｋｇ，热装比达８１．６％的良好成绩。     

热送直装亚包晶桥板钢表面疤状缺陷原因分析

为提高Q345C-Hq亚包晶桥板钢的热装温度,进行了入炉温度为600℃以上的热送直装试验,试验中发现多卷成品表面存在疤状缺陷。利用金相分析和电子探针分析得出,该缺陷是由铸坯冷却或加热过程中存在的裂纹经轧制后造成的;进一步用热模拟和计算的方法,求得该钢在不同温度状态下的表面应力和抗拉强度,得出有些情况下钢坯的表面拉应力已超出抗拉强度,从而使钢坯表面开裂。若钢坯出连铸机后堆冷,使钢坯内外温差减小到一定值后再进行加热,可有效避免裂纹的产生。     

Q355B钢板表面星裂缺陷的研究与控制

为解决Q355B钢板材表面星状裂纹问题,采用热力学计算、金相分析、修磨、抛丸、酸洗、低倍分析、扫描电镜及能谱分析等方式对表面星状裂纹产生的原因进行了系统研究。研究结果认为,Q355B钢板表面裂纹处未发现脱碳层、氧化原点、第二相粒子、夹杂物和铜元素,说明裂纹不是源于铸坯缺陷。对铸坯分别进行热装和冷装发现冷装铸坯生产的钢板裂纹比例较低,结合两相区分析表明星状裂纹产生主要与铸坯在Ar₃～Ar₁两相区767~677 ℃内进行热装有关。通过自主设计喷淋装置,控制铸坯喷淋前温度在790 ℃以上,在入加热炉前对铸坯进行喷淋冷却至510 ℃以下从而使入炉温度低于635 ℃,Q355B钢热装星裂由攻关前的0.99%降至2021年攻关后的0.07%。     

中碳钢方坯连铸结晶器内凝固坯壳的热-力耦合数学模拟

利用ProCast模拟软件计算了45钢的热物性参数,利用MILE算法对45钢小方坯结晶器内温度场和应力场进行了动态模拟。结果表明铸坯表面温度沿拉坯方向逐渐降低,凝固层温度由凝固前沿向铸坯表面降低。铸坯表面应力在结晶器内不断增大,由于凝固收缩铸坯与结晶器间产生气隙。在同一位置不同时刻铸坯表面温度、应力存在差异,但温度和应力的最大值出现在角部,出结晶器口处,角部温度为1 065℃,应力为26.6 MPa。     

直轧过程中铸坯感应补热技术的研究

在直轧过程中,完整的铸坯温度监测体系是保证连铸直轧顺利进行的关键。采用感应补热的方法对连铸小方坯进行补热,建立了线材连铸小方坯热电耦合分析模型,获得了不同电感应加热参数条件下铸坯温度场的分布,分析了不同电流参数对加热效果的影响。结果表明:随着电流频率的增加,铸坯心部温度增加量很小,而铸坯表面温度升高量与频率增加量基本成正比;当感应电流增大时,越靠近铸坯表面位置,温度的增加量越大。     

55钢铸坯堆垛过程热-力耦合数值分析

建立了55钢铸坯堆垛过程热-力耦合数学模型,并对计算结果进行了验证。分析了不同堆垛条件(堆垛初始温度、堆垛高度和铸坯宽度)对铸坯温度和应力的影响。研究表明,堆垛顶部铸坯冷却速度最快。堆垛铸坯温度高于55钢相变温度(Ar_3、Ar_1温度分别为755℃和690℃)时,中间铸坯温度出现一平台,堆垛有利于缓解铸坯内部热应力和相变应力。随堆垛高度和铸坯宽度增加铸坯冷却速度先是降低较快,而后变化不大。堆垛顶部和底部铸坯在堆垛过程中受到的是拉应力,中间铸坯为压应力。堆垛铸坯表面应力大,应力不均匀是铸坯产生裂纹、变形等质量问题的原因。根据以上研究结果,建议在堆垛铸坯表面覆盖一层保温罩,以减小表面热损失和55钢铸坯表面应力;不在55钢相变温度范围进行堆垛和拆垛操作;另外,铸坯堆垛高度应与铸坯宽度相匹配。     

大方坯连铸机合理基本半径确定方法的研究

合理的连铸机半径对生产顺行与铸坯质量十分重要.连铸机基本半径的确定也是连铸基本工艺参数计算与进行连铸机辊列布置的前提条件之一.本文对现有连铸机基本半径的确定方法进行了分析,提出了引入铸坯断面因素的铸机基本半径的确定方法,即根据铸坯截面弯矩计算铸机基本半径.依据现有国内外成熟大方坯铸机基本半径,计算获得了不同断面铸坯弯矩变化曲线.实践表明,以此曲线为依据,通过铸坯截面弯矩计算的铸机基本半径最小值可作为不同断面大方坯连铸机半径选择时的参考值.     

热装工艺对含铌微合金钢铸坯再加热奥氏体晶粒细化影响

组织细化是控制连铸坯表面裂纹、提升轧材性能的重要手段。针对连铸坯表面裂纹问题,采用热模拟试验的方法,首先获得模拟铸坯进加热炉之前的奥氏体组织,进一步研究了含铌低碳钢SCX400在冷却-加热过程中的晶粒细化潜力。研究结果发现进行一次γ→α→γ相变处理,当铁素体析出量超过85.9%时,最终粗大的奥氏体边缘处出现了许多尺寸为40μm左右的细小晶粒,混晶现象严重,推测是由于Nb(C,N)钉扎原奥氏体晶界,粗大的初始晶粒得到保留;而通过多次γ→α→γ相变可以有效细化奥氏体晶粒,从而对热装热送过程中的表面裂纹控制及最终产品性能的提升产生积极影响。     

直接热装轧制的X60微合金钢连铸坯红送裂纹形成机制的研究

通过对热装、热送过程中连铸坯组织转变的热模拟研究,结合凝固过程中微合金元素第二相的析出行为和热应力变化,研究了X60微合金钢红送裂纹的形成机制。结果表明,X60微合金钢连铸坯不同的热装、热送方式会导致显著不同的铸坯组织和析出物形态,从而显著影响在再加热过程中铸坯红送裂纹的产生。X60微合金钢红送裂纹是在组织转变、微合金元素第二相析出和热应力三者的共同作用下形成的。组织转变过程中沿奥氏体晶界析出的先共析铁素体膜,在降低铸坯高温塑性的同时,也促进了第二相沿奥氏体晶界的析出。再加热过程中,先共析铁素体膜的减薄与第二相在晶界的偏聚和固溶间隙,导致了铸坯高温塑性的降低,从而显著增加了形成红送裂纹的可能性。连铸坯再加热至850℃的过程中产生的峰值应力是形成红送裂纹的主要原因。     

圆坯连铸温度场模拟

耦合温度场和流场 ,建立了圆坯连铸铸坯温度场的二维稳态柱坐标数学模型。用该模型模拟了国内某钢铁公司Φ178mm圆坯连铸铸坯内温度场分布 ,以渐变色形式模拟显示了圆坯连铸铸坯中心断面温度场分布 ;在温度场的基础上 ,模拟了铸坯凝固壳的厚度变化 ;模拟显示了结晶器内的钢液流动 ;采用铸坯传热数学模型在不同拉速及过热度下进行计算 ,系统分析了拉速及过热度对凝固末端位置、出结晶器坯壳厚度的影响。凝固末端位置的计算结果与现场实测结果一致 ,从而证明了模型的合理性。本研究模拟出的温度场分布和铸坯坯壳厚度 ,为优化工艺参数 ,提高铸坯质量提供了理论依据     

微合金钢热送热装模拟试验中组织演变的原位观察

采用共聚焦激光扫描显微镜对微合金钢铸坯冷装和热送热装过程不同热履历条件进行了试验模拟,对试验全过程中显微组织演变进行了原位观察,并采用光学显微镜观察了试样的室温组织和相变前奥氏体晶粒尺寸.结果表明:冷却相变过程中观察面出现表面浮凸;再加热前,模拟冷装试样已全部完成奥氏体向铁素体及渗碳体转变,而模拟热送热装试样仅发生部分奥氏体分解,原奥氏体形貌仍有所留存;重新加热及再次降温过程中,模拟冷装和模拟热送热装试样显微组织演变特征和最终组织也有所不同;模拟热装试样室温显微组织和相变前奥氏体晶粒均较模拟冷装试样粗大.     

薄板坯连铸结晶器内钢液凝固行为的研究

针对薄板坯连铸漏斗型结晶器内凝固过程,采用热弹塑性有限元法,考虑铸坯与铜板的接触状态,建立了热力耦合模型。模拟分析了铸坯经过结晶器过程中坯壳内的温度场和应力场,得到了凝固坯壳形成过程的传热和变形规律。模拟结果表明：铸坯角部温度高于宽面和窄面中心温度并出现两个平台期;两个弧线段交界区域出现应力峰值,是铸坯裂纹敏感区。该结果为漏斗型结晶器形状的设计、结晶器锥度的优化以及提高连铸坯质量提供理论依据和技术基础。     

C、N化物析出对中厚板表面裂纹的影响

运用Gleeble-2000热力模拟试验机进行连铸-加热-轧制全程模拟实验,并采用TEM检测了不同热履历条件下的C、N化物析出、回溶情况及EDX成分分析;研究了中厚板Q370qE中C、N化物析出对表面裂纹的影响。结果表明:控制铸坯的热送温度、加热温度及加热时间,避开碳氮化物析出及相变高峰期、使碳氮化物充分回溶可以有效地降低钢板表面裂纹缺陷。