关于连铸坯凝固传热有限元数值模拟的研究

建立了结晶器内连铸坯凝固传热的有限元数值计算模型，并就模型中两种凝固潜热处理方法，两种三点时间格式以及两种热容矩阵的应用进行了比较，同时研究了时间步长和计算网格大小对数值模拟结果的影响。     

提高Q235钢连铸坯轧制成材率的实践

分析了Q235钢坯轧制高速线材成材率低的原因，通过工艺、设备技术攻关，采取相应措施，取得了满意的效果。     

用Q235B板坯轧制Q345B级别钢板的升级试验研究

采用TMCP工艺在3000 mm中厚板轧机上对Q235B坯料进行升级试验,成功轧制出Q345B级别钢板。通过控制轧制温度、变形量分配和轧后快速冷却,实现厚度25 mm以下升级板的屈服强度达到370 MPa以上,伸长率大于25%,塑性、韧性和焊接性能良好,具有重要的推广应用价值。     

Q235B钢板表面缺陷分析

运用金相显微镜、扫描电镜等手段,对存在质量缺陷的Q235B钢板进行了显微组织分析。结果表明,孔洞缺陷的原因是铸机浇铸过程中氩气流量过高;裂纹周边有轻微脱碳现象及在裂纹内部发现存在Si、Ca、M g的氧化物,由于同时存在脱碳和氧化质点,可推断该类裂纹来源于连铸坯表面纵向裂纹及铸坯气孔,在轧制过程中进一步扩展。同时对连铸生产提出了优化措施。     

连铸板坯凝固的传热模型

依据武钢板坯连铸机的生产条件，建立了板坯凝固过程传热模型，分析了影响板坯出连铸机温度的主要因素，得出适当提高拉速、控制二冷喷水量和关掉二冷末端冷却水能提高铸坯温度、降低能耗。     

板坯连铸过程的凝固传热分析

以D32船板钢250 mm×2 400 mm连铸坯为研究对象,采用ANSYS数值模拟的方法建立了铸坯的凝固传热数学模型。通过模拟分析铸坯在结晶器及二冷段凝固冷却过程中的温度变化情况,从而为控制连铸工艺参数以及轻压下技术的应用等提供了理论指导。     

Q235B钢矩形坯在结晶器中传热凝固行为的研究

将连铸过程连铸坯凝固收缩、鼓肚变形、气隙、保护渣及结晶器传热进行耦合求解,开发出了适用于165 mm×225 mm的Q235B钢矩形坯连铸过程中钢水传热凝固的计算模型,并利用该模型对拉速1.5 m/min工况下结晶器内连铸坯的传热凝固行为进行了详细计算。计算结果表明连铸坯宽面温度在气隙分布的影响下呈不均匀分布,且与现场坯壳比对研究可以发现振痕的形成分成了4个阶段,第1阶段发生在距弯月面0～0.17 m,高温区分布法向与拉坯方向垂直,法向垂直于拉坯方向的振痕形成;第2阶段发生在距弯月面0.17～0.26 m,温度分布呈现W形,法向与拉坯方向平行的振痕形成;第3阶段发生在距弯月面0.26～0.36 m,宽度方向温度进一步均匀化,法向与拉坯方向平行的振痕进一步向均匀化发展;第4阶段发生在距弯月面0.36～0.80 m,连铸坯宽面宽度方向的温度分布趋于稳定,振痕也趋于稳定。现场漏钢坯壳的振痕形貌图与计算的温度分布图相似,计算模型可以用来解释该工况下连铸坯的传热凝固行为。现场加大结晶器锥度和调整结晶器铜管刚度,漏钢率和铸坯鼓肚及脱方超标比例显著下降。     

LD-氯站流程生产Q235B钢连铸板坯中间裂纹的分析与控制

针对LD-氩站流程生产Q235B钢230 mm连铸板坯出现的中间裂纹,利用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪对中间裂纹宏观和微观特征进行了系统分析。结果表明,判断扇形段接弧不良、辊缝精度差、辊子错位等是中间裂纹形成的外因;裂纹带上有粗大的晶粒,且有明显的Mn、S等元素以及复合夹杂物形态聚集是铸坯产生中间裂纹的内因。通过控制接弧精度≤±0.3mm、辊缝精度≤±0.5 mm、二冷比水量0.50 L/kg、成品[S]≤0.030%、[Mn]/[S]≥15等工艺措施,减少甚至杜绝板坯中间裂纹的发生,提高了连铸板坯的心部质量。     

Q235B和Q345B钢CSP铸坯纵裂纹的控制实践

酒钢Q235B(0.18%C)和Q345B(0.17%C)钢CSP工艺生产的68 mm×1 600 mm铸坯的纵裂纹主要出现在炉次间的第一块铸坯,裂纹宽0.01～0.30 mm、深0.10 mm、长度≥50 mm。纵裂纹影响因素的分析结果表明,当[S]≥0.008%、钢水过热度≥40°、结晶器锥度≤4 mm时,保护渣碱度和粘度较低,以及结晶器钢板厚度≤12mm时,铸坯裂纹指数明显增加。通过控制[S]≤0.008%,钢液过热度30±5℃,结晶器液面波动±3 mm,Q235B钢裂纹发生率由2%降至0.36%,Q345B钢由5%降至0.98%。     

Q235B 薄板坯高温塑性的研究

根据Gleeble1500热/应变模拟试验机测试的CSP薄板坯连铸工艺生产的成分(%)为0.16~0.20C,0.020~0.060Al_t Q235B钢的70 mm ×1 500 mm薄板坯600~1400℃热塑性曲线,得出连铸坯第Ⅲ脆性区为700~900℃,如在此温度范围矫直,铸坯易产生裂纹。通过扫描电镜分析断口形貌和电子探针的成分分析,得出形变诱导铁素体呈网状析出和奥氏体在低温区域析出氮化物(AlN)导致铸坯脆化。     

碳钢板坯连铸凝固模拟

采用开发的凝固模拟系统对 0 .0 7%～ 0 .70 %碳钢 15 0 0mm× 15 0mm连铸板坯凝固过程进行了模拟。研究了化学成分、结晶器水量、二冷区水流密度、拉坯速度和浇注温度对液相穴深度 (L)、液 固两相区高度 (h)、结晶器出口处和二冷区出口处的坯壳厚度 (S1和S2 )的影响。结果表明 ,随钢中C %由 0 .0 7%增至0 .70 %时 ,L值由 4 0 0cm增至 5 4 0cm ,在 0 .17%C时h有最小值 (10 0cm) ,S1和S2有最大值 (18mm和 5 2mm)。为保证结晶器出口处的已凝固的坯壳厚度 (S1) ,增大结晶器冷却水流量和降低浇注温度具有明显的效果     

Q235方坯非金属夹杂物行为研究

基于夹杂物示踪剂法对国内某厂Q235B钢转炉—连铸生产工艺的各个环节展开了系统的研究和分析。结果表明:铸坯中夹杂物水平较高,二次氧化严重。其中显微夹杂物为Si O2-Mn O-Mn S、Si O2-Mn O-Mo O3等复合夹杂,未发现Ce、La等示踪元素;大型夹杂物中则普遍含有Ce、La、K、Na等示踪元素,说明其主要源于中间包覆盖剂,保护渣和钢包渣的卷入。大型夹杂物危害极大,需要从中间包、浸入式水口等反应器针对性的结构优化,冶炼浇铸工艺的稳定化和冶金辅料的性能优化三方面共同着手来实现大型夹杂物的去除。     

H型钢Q235B连铸保护渣的优化

针对津西钢铁厂H型钢Q235B(0.14%～0.18%C)铸坯(宽面550 mm,窄面440 mm,腹板90 mm)经常出现纵裂等缺陷,基于原有保护渣(%:29～30SiO2、25～26CaO、10～11Al2O3、3.0～3.5Fe₂O₃、15～17C、≤0.5H₂O),通过正交实验和优化设计,开发出一种高性能保护渣(%:37.50SiO₂、37.50CaO、6Al₂O₃、7CaF₂、12Na₂O、7石墨、1.5炭黑)。与原保护渣相比,优化渣的半球点温度、粘度和熔化时间分别从1 167℃,0.77 Pa·s和57 s下降至1 092℃,0.27 Pa·s和32.5 s。优化渣应用表明,当拉速由0.98 m/min提高到1.2 m/min时,铸坯质量良好。     

H型钢Q235B的应力-应变试验研究

使用G1eeble1500热模拟机得出H型钢Q235B在不同应变率和不同温度条件下的应力一应变曲线，并根据实验数据拟合出计算公式，得到Q235B在轧制条件下的应力一应变及高温条件下的特性。     

热轧Q235B钢板表面红色氧化铁皮检测分析

热轧Q235B钢板表层氧化铁皮缺陷出现频次较高,利用光学显微镜和扫描电镜对表面氧化铁皮的厚度、结构以及成分进行了测量,结果表明,表面氧化铁皮的除不尽主要因为基底-氧化铁皮界面上生成了铁橄榄石(2FeO.SiO2或Fe2SiO4)。此外,在界面附近同时还发现了Mn和Cr的内氧化物。     

H型钢连铸质量缺陷和浸入式水口结构优化的数值模拟

研究的H型钢Q235(/%:0.06c,0.30si,1.60Mn,0.010P,0.003S,0.025Mo,0.40Ni,0.017Ti,0.15Cu)由80 t LD-LF-喂硅钙线-28 t中间包-430 mm×300 mm×85 mm H型连铸一热轧工艺生产。由于H型铸坯易产生纵裂纹缺陷,根据H型连铸坯采用直通型浸入式双水口浇铸的实际工艺参数建立数学模型,采用流体有限元软件CFD进行结晶器流场和温度场分布汁算,得出直通型双水口浇铸时,熔池冲击深度大,不利夹杂上浮;液面得不到足够热量补充,导致坯壳过早凝固,不利于化渣。数值模拟结果表明,改用三侧孔水口进行浇铸,避免了直通型水口的不利因素,流场和温度场分布合理,可降低漏钢事故和裂纹发生的机率。     

提高亚包晶钢板坯拉速对结晶器传热的影响

通过对提高亚包晶钢AQ钢种230 mm×1200 mm板坯拉速试验过程中结晶器冷却水参数、铜板测温等数据进行适时记录,并与数学模型及ANSYS商业软件相结合,研究了提高拉速对结晶器平均热流、局部热流、铜板温度场以及坯壳厚度的影响。结果表明,拉速由1.3m/min提高到1.5m/min时,平均热流增加0.1 MW/m²左右,宽边弯月面区域局部热流增加0.13 MW/m²,但均在合理范围内,这与采用高碱度高结晶温度的试验保护渣有关;结晶器窄/宽面平均热流比超过0.9,应适当减少结晶器锥度;宽面坯壳厚度平均减薄4 mm左右,应严格控制结晶器传热强度,以保证连铸工艺稳定和铸坯质量。     

方坯连铸凝固传热的复合数值模拟

根据连铸机特点和铸流场特性，在拉坯方向上将整个铸流长度划分为上部计算域和下部计算域。对于铸坯温度场的数值模拟，上部计算域充分耦合钢液对流对传热的影响，采用了三维稳态流动传热耦合模型；下部计算域则将铸流场对传热的影响考虑为有效导热系数，并忽略拉坯方向上的传热效果，采用了二维非稳态有效导热系数模型。计算过程和结果表明，采用此复合模拟方法保证了数值模拟的准确性并降低了仿真程序的计算成本。     

板坯连铸中间包钢液流场的数值模拟和操作优化

以济钢第一炼钢厂4#板坯连铸中间包为原型,应用湍流流动数学模型对不同堰坝设计方案进行计算机数值模拟,优化中间包的堰坝设计。结果表明,对上口面积3500 mm × 800 mm、底部面积3200 mm × 650 mm的中间包,包内钢水深度为800 mm时,当挡堰高550 mm,挡坝高350 mm,挡堰与水口入口处距离800mm,挡堰与挡坝相对距离400 mm时,钢液具有较好的流动方式,有利于夹杂物上浮。