低温度梯度结晶器的传热分析及其工业应用试验

结晶器内钢液凝固前沿温度梯度的降低可以阻碍柱状晶的生长、促进柱状晶向等轴晶的转变和提高等轴晶率,从而有利于铸坯组织的均质化。基于上述原理,研究了可用于降低钢液凝固前沿温度梯度的带隔热镀层的新型结晶器的传热特性,并在方坯连铸机上进行了工业试验,分析了其对方坯凝固组织的影响。结果表明,低温度梯度结晶器可满足连铸生产要求;与传统结晶器相比,低温度梯度结晶器出口铸坯表面温度提高了108℃,相近拉速下该结晶器的平均热流密度相对更低,表明其减缓了钢液在凝固初期的传热,从而降低了凝固前沿的温度梯度;通过与低过热度、电磁搅拌技术相结合,低温度梯度结晶器生产的铸坯等轴晶率提高了8%～13%,中心偏析和缩孔严重程度明显降低。     

低温度梯度结晶器铜管的设计及工业试验

设计和制造了可用于降低钢液凝固前沿温度梯度的带隔热镀层的新型结晶器,并在方坯连铸机上进行了工业试验,分析了其对方坯凝固组织的影响。结果表明,低温度梯度结晶器可满足连铸生产要求;与传统结晶器相比,低温度梯度结晶器出口铸坯表面温度提高了108℃,相近拉速下该结晶器的平均热流密度相对更低,表明其减缓了钢液在凝固初期的传热,从而降低了凝固前沿的温度梯度;通过与低过热度、电磁搅拌技术相结合,低温度梯度结晶器生产的铸坯等轴晶率提高了8%~13%,中心偏析和缩孔严重程度明显降低。     

复式结晶器传热特征及其对铸坯凝固组织的影响

为了验证复式结晶器在提高铸坯等轴晶率方面的作用,分析比较了复式结晶器和传统结晶器的传热特征,并检测了两种结晶器所浇注铸坯的宏观组织。结果表明：复式结晶器能够降低钢液凝固前沿的温度梯度,从而使铸坯的等轴晶率超过80％。     

降低过热度对方坯凝固组织的影响

结晶器内钢液过热度的降低可以促进柱状晶向等轴晶的转变和提高等轴晶率,从而有利于铸坯组织的均质化。基于上述原理,设计和制造了可用于降低钢液过热度的冷却水口,并在方坯连铸机上进行了工业试验,分析了低过热度技术对方坯凝固组织的影响。结果表明:采用冷却水口以后,结晶器内钢液过热度的下降幅度可达14℃,铸坯的等轴晶率提高了8%~24%,中心偏析和缩孔严重程度有所降低。     

结晶器内嵌套对连铸方坯凝固组织的影响

通过方坯结晶器上端内嵌石墨套改变结晶器内凝固坯壳层界面前沿的温度梯度，研究了给定的浇注温度下嵌石墨套对连铸坯凝固组织变化的影响。嵌石墨套结晶器显著改变其凝固壳前端钢液的温度分布，有效地抑制铸坯柱状晶的生长，扩大等轴晶区，减轻凝固偏析。     

连铸坯凝固组织均质化技术的研究现状及进展

造成连铸坯宏观偏析的最主要原因是连铸坯在外部强冷条件下形成发达的柱状晶组织,消除宏观偏析的根本途径是有效控制铸坯的凝固过程,减少铸坯中柱状晶比率,提高等轴晶率。文中对国内外提高铸坯等轴晶率的应用研究现状进行了系统的总结,在介绍各类提高铸坯等轴晶率应用研究的基础上,介绍了最新的提高铸坯等轴晶率的方法-振动激发金属液形核技术,对其在连铸中的应用进行了展望。     

37Mn5连铸圆坯中心等轴晶率预测

为控制油井管用连铸圆坯的质量,基于薄片移动法建立了连铸圆坯凝固传热数学模型,并应用Procast软件的CA—FE模块对37Mn5钢Ф150mm圆坯凝固组织进行了模拟。中心等轴晶率模拟结果与工业试验检测结果相一致,据此,建立了柱状晶-等轴晶转变判据。基于此判据的中心等轴晶率预测结果表明,降低过热度、提高拉速和降低二冷零段...     

铁素体不锈钢凝固组织的影响因素

 铁素体不锈钢凝固过程中形成的柱状晶会影响钢的成形性,减少甚至避免铸坯柱状晶的形成,促进等轴晶的形成,对铁素体不锈钢来说尤为重要。采用连铸和模铸的试验方法浇铸了铁素体不锈钢430,以分析影响其凝固结构的因素。结果表明,电磁搅拌对430不锈钢连铸坯等轴晶的形成作用显著。无论模铸试验还是连铸试验,冷却强度对430铸坯柱状晶的形成都有明显的影响。在模铸试验条件下,碳、氮含量越高,越有利于其凝固时等轴晶的形成;在连铸试验条件下,由于温度梯度大,碳、氮含量对凝固组织的影响被削弱,但如果对钢液进行搅拌,碳、氮含量的变化对凝固组织仍然有明显的影响。     

复合电磁场对连铸结晶器弯月面金属液运动 行为及铸坯质量的影响

为了获得高质量的连铸坯 ,提出了在连铸结晶器外施加复合电磁场的电磁铸造方法。规范和测定了冷坩埚式铜铸型内复合电磁场的分布 ;采用低熔点金属镓和 Sn- 4.5 % Pb合金模拟高熔点钢 ,研究了在水冷铜铸型外施加复合电磁场对结晶器弯月面处金属液运动行为及铸坯质量的影响。实验结果表明 :复合电磁场能够有效地抑制结晶器弯月面处金属液波动变形 ,并改善铸坯的表面质量。随着搅拌线圈磁通密度的增加 ,铸坯的凝固组织由柱状晶转变为等轴晶 ,使晶粒得到细化     

双辊冷却低过热度浇铸结晶器流场和温度场耦合数值模拟

提出了一种双辊冷却低过热度浇铸150 mm×150 mm方坯的技术,即使从中间包流出的钢水通过转动的冷却辊浇入结晶器内,通过降低钢水过热度改善铸坯质量.借助流体力学分析软件,对0.45C钢水的数值模拟结果发现,通过冷却辊冷却的钢液过热度降低,结晶器中钢水流冲击深度达250 mm,有利于打断凝固前沿的柱状晶,扩大等轴晶比例,同时结晶器内的钢液流场和温度场分布均匀,且铸坯的凝固状况也明显改善.     

Heat Transfer and Its Effect on Solidification in Combined Mould

SymbolList cp,cps,cpl———Specificheat,specificheatofsolidsteel andmoltensteel,(J·kg-1·K-1);C2———EmpiricalcoefficientoflowReynoldsκεturbu lencemodel;Dl———Darcyconstant;fl,fs———Fractionofmoltensteelandsolidsteel;f2———Empiricalcoefficientre     

基于元胞自动机有限元法对方坯凝固组织的数值模拟

 基于元胞自动机有限单元法(CAFE)对国内某钢厂220mm×220mm方坯的三维显微凝固组织进行模拟,分析了CAFE法模拟凝固过程显微组织的物理本质,对形核密度、枝晶尖端生长动力学、枝晶生长的择优取向以及FE与CA耦合的实现分别进行了探讨。用该方法对方坯的三维显微组织进行模拟,并对结晶器出口处方坯的角部温度、中心表面温度及坯壳厚度进行了计算。模拟结果表明：当拉速为0. 85m/min,浇铸温度为1535℃,浇钢过热度为30℃时,结晶器出口处方坯角部温度在850~950℃之间,中心表面温度在1050~1170℃之间,坯壳厚度在15mm左右,铸坯柱状晶发达,等轴晶比率较小。模拟的铸坯组织的等轴晶比例与低倍试验结果吻合较好,可以很好地预测方坯实际凝固组织。     

连铸工艺参数对20CrMnTi齿轮钢150 mm x 150 mm铸坯凝固组织影响数值模拟和生产应用

为改善20CrMnTi钢小方坯凝固组织,基于ProCAST软件中的CAFE模型,对其凝固组织进行数值模拟,研究了不同钢水过热度、铸坯拉速、二冷比水量对凝固组织的影响。模拟结果表明,降低钢水过热度、提高铸坯拉速、降低二冷比水量均可达到增大铸坯等轴晶率和细化晶粒的目的,其中过热度对其影响最大。过热度每降低10℃,等轴晶率平均增加3.7%;拉速每增加0.1 m/min,铸坯等轴晶率平均增加1.8%;比水量每降低0.1 L/kg,铸坯等轴晶率平均增加1.65%。生产应用表明,钢水过热度30℃时,当拉速由原2.2 m/min降低至2.1 m/min,二冷比水量由0.6 L/kg提高至0.7 L/kg,铸坯中心疏松明显减少。     

方坯高效连铸新型结晶器传热分析与应用

提出了方坯高效连铸结晶器有效结构形式,并通过ansys有限元软件,建立高效连铸结晶器与传统结晶器铜管的传热模型,并对其凝固传热以及温度场进行计算对比,重点讨论不同结构形式的结晶器在传热效率及传热均匀性方面的差异,并讨论其对高拉速下坯壳凝固的影响。结果表明,高效结晶器可以使得结晶器的传热效率提高7.8%,并且使得结晶器铜管热面最高温度降低100℃,热面温差降低到5℃以下。作者根据该理论,通过有限元优化设计,设计制造出方坯高效连铸结晶器,并应用于某钢厂155mm方断面的铸机上,稳定生产拉速达到4m/min,最大拉速达到4.46m/min。     

Solidification Structure of Continuous Casting Large Round Billets under Mold Electromagnetic Stirring

The solidification structure of a continuous casting large round billet was analyzed by a cellular-automaton-finite-element coupling model using the ProCAST software.The actual and simulated solidification structures were compared under mold electromagnetic stirring (MEMS)conditions (current of 300 A and frequency of 3 Hz).There-after,the solidification structures of the large round billet were investigated under different superheats,casting speeds,and secondary cooling intensities.Finally,the effect of the MEMS current on the solidification structures was obtained under fixed superheat,casting speed,secondary cooling intensity,and MEMS frequency.The model accurately simulated the actual solidification structures of any steel,regardless of its size and the parameters used in the continuous casting process.The ratio of the central equiaxed grain zone was found to increase with decreasing su-perheat,increasing casting speed,decreasing secondary cooling intensity,and increasing MEMS current.The grain size obviously decreased with decreasing superheat and increasing MEMS current but was less sensitive to the casting speed and secondary cooling intensity.     

Modeling of Dendritic Evolution of Continuously Cast Steel Billet with Cellular Automaton

In order to predict the dendritic evolution during the continuous steel casting process, a simple mechanism to connect the heat transfer at the macroscopic scale and the dendritic growth at the microscopic scale was proposed in the present work. As the core of the across-scale simulation, a two-dimensional cell automaton (CA) model with a decentered square algorithm was developed and parallelized. Apart from nucleation undercooling and probability, a temperature gradient was introduced to deal with the columnar-to-equiaxed transition (CET) by considering its variation during continuous casting. Based on the thermal history, the dendritic evolution in a 4 mm × 40 mm region near the centerline of a SWRH82B steel billet was predicted. The influences of the secondary cooling intensity, superheat, and casting speed on the dendritic structure of the billet were investigated in detail. The results show that the predicted equiaxed dendritic solidification of Fe-5.3Si alloy and columnar dendritic solidification of Fe-0.45C alloy are consistent with in situ experimental results [Yasuda et al. Int J Cast Metals Res 22:15–21 (2009); Yasuda et al. ISIJ Int 51:402–408 (2011)]. Moreover, the predicted dendritic arm spacing and CET location agree well with the actual results in the billet. The primary dendrite arm spacing of columnar dendrites decreases with increasing secondary cooling intensity, or decreasing superheat and casting speed. Meanwhile, the CET is promoted as the secondary cooling intensity and superheat decrease. However, the CET is not influenced by the casting speed, owing to the adjusting of the flow rate of secondary spray water. Compared with the superheat and casting speed, the secondary cooling intensity can influence the cooling rate and temperature gradient in deeper locations, and accordingly exerts a more significant influence on the equiaxed dendritic structure.