20CrMnTi钢凝固过程数值模拟与质量控制

包钢开发了圆坯连铸数学模型对20CrMnTi钢凝固过程进行数值模拟计算,精确计算铸坯凝固进程,指导连铸工艺控制与二冷优化等技术措施,精确控制铸坯温度场与凝固终点位置,使20CrMnTi圆形铸坯中间裂纹、中心裂纹得到稳定控制,中心疏松和缩孔得到明显改善。     

连铸坯枝晶组织参数的测定及其应用

介绍了连铸坯凝固的枝晶组织特征、形成机制及定量评定方法。通过对硅钢连铸坯凝固组织比例系数和枝晶间距的测定以及连铸坯低倍组织缺陷的统计分析,确定了凝固组织形态与铸坯成分的关系。分析结果表明,在一定限度内,随Si含量增加,铸坯的一次晶间距加宽,各类低倍组织缺陷大大减少。     

钢绞线用钢连铸坯二冷配水工艺研究

用热模拟试验研究了钢绞线用钢连铸坯的高温塑性曲线,确定连铸拉矫温度应控制在1 020℃,建立了连铸二冷配水模型。通过PROCAST软件模拟钢绞线用钢凝固过程的冷却曲线,并对模型参数进行了优化。射钉试验和生产实践证明:采用优化的二冷配水技术可有效改善铸坯质量,降低铸坯的裂纹缺陷。     

气隙对连铸坯凝固影响的有限元数值模拟

以连铸坯凝固传热有限元数学模型研究了铸坯角部形状和气隙对坯壳凝固行为的影响研究结果表明：采用有限元法离散铸坯圆角能更合理地反映铸坯角部的几何和换热条件，从而可以更准确地研究角部换热条件对铸坯凝固行为的影响。角部气隙显著地降低了坯壳表面的换热，使铸坯偏角区成为热节区。此热节区是铸坯凹陷、皮下裂纹等缺陷和漏钢事故发生的诱因。     

高速轨用钢连铸坯内部质量控制的关键技术

简述了攀钢提高350 km/h高速轨用钢连铸坯内部质量的控制技术,包括大方坯连铸结晶器电磁搅拌技术、二冷控制技术和凝固末端动态轻压下技术及其在重轨钢连铸中的应用效果.近3年的生产实践表明,课题研究解决了重轨钢连铸大方坯中心疏松、中心偏析、中心裂纹等内部缺陷较严重的技术难题,重轨钢连铸坯内部质量优异,铸坯收得率达到98.55%,铸坯合格率达到99.97%,铸坯中心疏松≤1.0级,中心偏析≤1.0级,中心缩孔≤1.0级,中心裂纹≤0.5级,中间裂纹≤0.5级,中心碳偏析指数≤1.05,为攀钢开发生产350 km/h高速铁路用钢轨提供了合格铸坯.     

中碳钢连铸方坯内部角裂机制研究与优化

 分别选取西钢某厂实际生产中易发生内部角裂缺陷的40Cr和45钢连铸坯为研究对象,通过对缺陷采用热酸浸低倍试验、金相法和探针能谱分析,发现缺陷处不存在明显的组织异常和质点沉淀。运用ANSYS软件对连铸结晶器凝固过程进行热模拟。研究结果表明,缺陷形成于结晶器内的凝固过程,根本原因是铸坯在结晶器中凝固传热不均导致出现铸坯偏角区热节区效应,从而诱导产生热应力,致使沿柱状晶晶间铁素体开裂,并伴随一定量的铸坯鼓肚现象。通过重新设定结晶器铜管圆角半径和优化生产部分工艺后,最终使连铸坯内部角裂评级在10级以上的比例下降到1042%。     

钢种初始凝固模式对连铸坯表面质量的影响

连铸过程中铸坯表面常产生各种质量问题，严重影响铸坯质量和生产顺行，然而，钢种初始凝固模式的差异对铸坯表面质量缺陷的影响规律尚不够明确。选用一系列代表性钢种，利用JmatPro软件进行了热力学平衡相图和高温力学性能的计算，结合Fe-C-X多元伪平衡相图特征点的理论计算公式，综合研究不同钢种的初始凝固模式及其对铸坯表面质量的影响规律。结果表明，对4种不同凝固模式的钢种而言，低碳、亚包晶凝固模式的钢种铸坯的主要表面质量缺陷分别是皮下夹杂、表面纵裂，其主要原因是高温阶段的相变引起的极限屈服强度和相变应变的变化；过包晶与高碳凝固模式的钢种铸坯很少出现表面质量问题。因此，表面缺陷的发生概率由钢发生高温相变(L+δ→γ/δ→γ)时δ相的比例、温度区间及坯壳的相变应变程度共同决定。基于钢种凝固模式及其对铸坯表面质量的影响，预测可能出现的铸坯表面质量缺陷，并采取相关措施降低表面缺陷发生率，对提高连铸坯质量具有重要意义。     

连铸方坯拉坯方向凝固行为与偏析控制研究进展

连铸方坯是棒线类钢铁产品的主要母材,其宏观/半宏观偏析等缺陷,一定程度反映了铸坯成分分布和组织性能的不均匀,是影响高端钢材质量提升的重要因素。从二维横断面入手对铸坯内部低倍组织进行表征、分析与优化是目前铸坯内部偏析缺陷调控的主要手段;然而,铸坯内部凝固枝晶和中心偏析均具有三维空间形貌和分布特征,导致仅通过二维横断面进行研究可能会存在一定误差;同时,连铸拉坯方向（垂直于横断面）上凝固枝晶与偏析的波动特征能够更直观地反映连铸坯内部组织性能和质量沿长度方向的波动,这也是影响高品质钢连铸坯及后续产品质量稳定性的关键之一。从凝固行为特点、组织波动变化规律、中心偏析控制等3个方面总结讨论近年来连铸方坯拉坯方向的凝固行为与偏析控制研究进展。CET转变是铸坯凝固组织调控的重点,其判定依据及其与偏析相关性的研究表明,拉坯方向上CET位置存在波动性且与中心偏析形貌特征相关。液相穴内非对称流场及温度变化会造成拉坯方向凝固枝晶的波动特征以及凝固终点的周期性波动;同时,实际铸坯以及相关定性定量模型也表明了拉坯方向偏析元素的分布具有波动特征,并可以利用时间序列技术等方法展开解析。中心偏析控制技术的发展明显提升了连...     

含硫易切削钢连铸坯低倍裂纹的成因及控制

对300 mm×360 mm大方坯连铸含硫易切削钢（保硫钢）铸坯低倍的皮下、中间裂纹缺陷进行分析,认为 是由于钢中加S后,凝固过程中晶界容易析出FeS、MnS等夹杂物,导致晶界的抗应变能力降低,在外应力的作用 下容易沿晶界扩张形成皮下、中间裂纹。降低结晶器冷却水量及改善结晶器保护渣性能能够消除铸坯低倍皮下、 中间裂纹缺陷。     

连铸坯凝固过程中传输现象基础知识系列讲座（待续）

高效连铸的主要目的是获得高的铸坯无缺陷率，连铸技术工作者一直反连铸坯质量作为连铸发展的一个方向，连铸坯存在的缺陷主要表现为裂纹、偏析、非金属夹杂及鼓肚变形等，这些缺陷的形成与连铸坯凝固过程中的传输现象密切相关。     

连铸坯凝固过程中传输现象基础知识系列讲座(待续)──第二讲 连铸坯质量与凝固过程中的传输现象

高效连铸的主要目的是获得高的铸坯无缺陷率，连铸技术工作者一直把连铸坯质量作为连传发展的一个方向。连铸坯存在的缺陷主要表现为裂纹、偏析、非金属夹杂及鼓肚变形等，这些缺陷的形成与连铸坯凝固过程中的传输现象密切相关。     

H型钢连铸结晶器内钢水凝固传热的数学模拟

 为了解决H型钢连铸坯表面裂纹问题,结合凝固理论建立了H型钢连铸结晶器内钢水凝固传热模型,并应用大型有限元软件ANSYS对钢水凝固传热过程进行模拟求解,描述和分析了凝固坯壳的温度分布、坯壳生长历程及各工艺因素对钢传热行为、凝固行为的影响,为制定合理的工艺参数、提高铸坯质量、减少漏钢发生提供了理论依据。     

PMO凝固均质化技术在20CrMnTi齿轮钢上的应用

 为了解决20CrMnTi齿轮钢在生产过程中铸坯柱状晶发达及铸坯元素分布不均匀等缺陷,运用上海大学研发并已在连铸生产中取得理想效果的脉冲磁致振荡(pulsed magneto oscillation,简称PMO)凝固均质化技术对连铸20CrMnTi齿轮钢矩形坯进行均质化处理。结果表明,经PMO处理的20CrMnTi齿轮钢铸坯中心等轴晶率增加1倍左右,中心碳偏析指数从1.22降为1.04。金属原位分析仪元素面扫描检测发现,PMO处理铸坯的各元素分布更加均匀,连铸坯宏观偏析得到有效控制。该技术为今后提高连铸坯内部质量提供了一种新方法。     

电磁搅拌技术在连铸上的应用

在连铸坯凝固过程中,由于冷却速度很快,造成铸坯凝固时柱状晶的发展,往往产生＂搭桥＂现象,导致铸坯内缩孔、偏析、疏松、夹杂物聚集等缺陷产生。为解决以上问题,电磁搅拌技术应运而生,采用电磁搅拌装置,有利于改善连铸坯的凝固组织,从而改善铸坯表面及内部质量。本文介绍了电磁搅拌的主要类型、设备组成及其应用效果。     

钢的软接触电磁连铸技术的研究进展

钢的软接触电磁连铸技术(SoftContactElectromagneticContinuousCasting)是利用高频交变电磁场在结晶器内铸坯初始凝固区施加电磁压力来减少钢液与结晶器壁的接触压力,从而减小结晶器振动对铸坯表面质量的影响,降低拉坯阻力和减弱初始凝固点的传热来提高铸坯表面质量。分析了实现钢的软接触电磁连铸在结晶器结构、材质以及电磁场参数等方面需要解决的问题,并介绍了该技术的最新研究成果:高频调幅磁场及无结晶器振动的电磁连铸技术。     

连铸方坯中心线凝固行为波动现象及变化规律

连铸坯中心线区域钢液的凝固行为与中心偏析缺陷的形成及控制密切相关。基于中碳钢连铸方坯纵断面的实际凝固组织,以中心偏析点内部二次枝晶间距计算局部冷却速率,揭示了铸坯中心线局部冷却速率的波动特征。结合连铸三维凝固模型,研究了铸坯中心线固相率波动引起局部冷却速率波动并最终影响铸坯中心组织和性能的均匀性的机理;对不同工况铸坯中心线固相率和局部冷却速率波动的周期性进行了分析对比,提出了连铸坯凝固终点位置的周期性波动机理并得到了不同拉速下凝固终点波动距离的判断方程,对于所选连铸方坯,凝固终点波动距离为25.0～27.5 mm;在此基础之上,研究了拉速对中心线固相率波动程度的影响规律,并分析了凝固终点波动距离变化对末端电磁搅拌(final electromagnetic stirring, F-EMS)和轻压下(mechanical soft reduction, MSR)作用均匀性的影响。结果表明,拉速由1.8 m/min提高至2.4 m/min后,虽然液相穴长度增加可能增加整体偏析程度,但铸坯中心线固相率波动程度降低了20%,这有利于减轻中心线偏析沿拉坯方向的波动性,提高铸坯中心质量的均匀性。并...     

不同角部形状特厚矩形坯凝固传热及应变数值模拟

 为了更加有效控制和减少连铸坯的角部横裂纹质量缺陷,根据其形成的机制,针对两种新型铸坯模型,即圆角和倒角模型进行研究。通过建立特厚连铸矩形坯在凝固过程的传热模型并进行数值模拟,得到铸坯在凝固过程沿拉速方向上温度场和坯壳厚度的分布规律,并在此基础上建立热力耦合模型,分析铸坯的应力变化,讨论了产生裂纹的可能性。研究结果表明,通过对比传统直角模型,得出圆角和倒角模型对铸坯角部温度场和应力场两个方面的分布状况都有改善,即新铸坯模型角部温度在连铸矫直段有效避开了钢的高温脆性区,同时降低了铸坯角部的应力值,减小了角部裂纹产生的可能性。     

φ90毫米20钢水平连铸坯质量的研究

本文概述了在φ90毫米20钢的水平连铸工艺试验中,铸坯的各种表面缺陷,并对30个连续的连铸号φ90毫米20钢水平连铸坯低倍检测及化学分析结果进行了讨论;同时还探讨了对铸坯轧管影响较大的几种缺陷的形成原因和避免这些缺陷发生的相应技术措施。笔者认为,在本试验条件下,φ90毫米20钢水平连铸坯的质量是良好的。     

Journal of Iron and Steel Research International (《钢铁研究学报》英文版)“连铸”专刊征稿启示

正连铸已成为钢液凝固成型的主要技术。连铸过程涉及复杂的多相流、热量传递和质量传递、物理化学反应以及液态钢和渣的凝固行为等,是高品质钢生产的关键环节之一。随着社会经济和技术的发展,对钢材的性能提出更高要求,而铸坯的成分、纯净度、均质性、铸态组织和结构,以及各种缺陷等对其影响很大。此外,采用大数据和人工智能等新技术,进一步提升连铸效率和降低生产成本,实现连铸过程"工业4.0"的智能制造,也是未来钢铁工业可持续发展的重要方向。     

Journal of Iron and Steel Research International(《钢铁研究学报》英文版)“连铸”专刊征稿启示

正连铸已成为钢液凝固成型的主要技术。连铸过程涉及复杂的多相流、热量传递和质量传递、物理化学反应以及液态钢和渣的凝固行为等,是高品质钢生产的关键环节之一。随着社会经济和技术的发展,对钢材的性能提出更高要求,而铸坯的成分、纯净度、均质性、铸态组织和结构,以及各种缺陷等对其影响很大。此外,采用大数据和人工智能等新技术,进一步提升连铸效率和降低生产成本,实现连铸过程"工业4.0"的智能制造,也是未来钢铁工业可持续发展的重要方向。