MCCR产线110mm薄板坯结晶器流场的数值模拟

首钢京唐MCCR产线是国内第一条多模式连铸连轧产线,薄板坯高拉速连铸是实现无头轧制模式的基础,结晶器内流场控制是决定薄板坯高拉速连铸的关键.采用VOF两相流模型研究薄板坯连铸结晶器内流场特点,采用插钉法测量实际生产过程结晶器弯月面流速,并与对应工况条件下模拟结果进行对比校验了模型准确性.通过薄板坯连铸结晶器内流场的数值...     

薄板坯连铸结晶器内腔形状的优化

以薄板坯连铸机的结晶器为研究对象，利用计算机仿真技术，在不同结晶器图形方案下系统地比较了结晶器伸入式水口、钢液流动及传热、保护渣、凝固坯壳应力对薄板坯连铸工艺的顺行和铸坯质量的影响；并提出了薄板坯连铸机适宜的结晶器内腔形状以及与之相适应的伸入式水口结构形状。该研究结果为进一步优化薄板坯连铸结晶器内腔形状及工艺参数提供了依据。     

薄板坯连铸漏斗形结晶器内卷渣行为物理模拟

针对高拉速下薄板坯连铸结晶器内的液面卷渣问题，建立了1∶1水力学模型，采用水/真空泵油模拟钢/保护渣介质，研究了连铸拉速、水口插入深度、保护渣黏度对漏斗形结晶器内液渣层变化及卷渣行为的影响。结果表明，随着拉速提高，结晶器内液面波高升高，液面高度自窄边向水口方向逐渐降低，液渣层厚度相应由薄变厚，导致结晶器窄边附近钢液裸露；结晶器内窄边至水口之间1/2处波高变化较大、液面流速最大、易发生剪切卷渣。在试验条件下，采用增加水口插入深度、降低最高拉速、适当提高保护渣黏度等方法，使液面速度小于0.486 m/s的临界流速、液面波动指数F数小于5.45,可防止结晶器内产生剪切卷渣。然而，这些手段不能避免结晶器内水口附近的旋涡卷渣，这是因为薄板坯连铸钢通量大以及漏斗形结晶器和鸭嘴形水口容易形成负压旋涡造成的。     

联邦德国施罗曼-西马克公司研制成功一种新的薄板坯连铸机

新的薄板坯连铸机的最大特点,结晶器宽面板的几何形状是一种完全新式的设计。其目的在固定式结晶器的宽面板之间形成一个垂直方向带锥度的漏斗区(漏斗开孔处的宽度为170 mm,相当于普通板坯结晶器的宽度),以便提供足够的空间,能使用适当的异形浸入式水口。而中间漏斗区的两个侧壁仍然是平行的,其间的距离相当于板坯的厚度。在结晶器上部漏斗区形成的坯壳通过结晶器时被改型成薄板坯的尺寸。第一台试验设备已于1985年10月11日在该公司的布什铸钢厂第一次试浇成功,顺利地浇完了5 t     

日本住友金属公司开发用高速水膜强冷铸坯的新型结晶器

1前言采用一般间接冷却型结晶器进行高速连铸时，因铸坯收缩形成的铸坯表面与结晶器内壁间的气隙增大了传热阻力（结晶器出口处的导热系数仅为450～800W／m2K），高温且薄的凝固壳难于承受钢水静压力；现用的喷雾冷却也不易确保对铸坯的高冷却能力。为了在高速连铸时强冷结晶器下部铸坯，住友公司将其开发的上下两段结构新型结晶器用于0．17％C钢的板坯连铸试验，获得了良好的效果。2新结晶器构造上段仍采用间接冷却方式，长400。。m、断面尺寸24OXSOmm；下段用螺栓和支撑七段的框架相连结，在铸坯的各宽面各设置3块，各窄面各设置1块共…     

珠钢薄板坯连铸结晶器传热特征的研究

薄板坯连铸结晶器的传热过程直接影响到铜板的寿命，因此有必要研究薄板坯连铸结晶器的传热特征。根据在线实测的铜板温度以及薄板坯连铸机冷却参数，建立了薄板坯结晶器铜板传热模型，计算并验证了结晶器热流密度的分布函数。结果表明，宽度方向上铜板温度和热流密度分布具有相似的规律性，距离弯月面越近，热流密度和温度的波动越大；弯月面处热流密度值超过4．4MW／m^2，结晶器热面温度高于铜的再结晶温度，这是造成结晶器铜板被侵蚀的主要原因。     

微合金钢薄板坯连铸边角裂纹控制

微合金钢薄板坯连铸过程高发边角部裂纹,致使热轧卷板边部产生翘皮、烂边等质量缺陷,是钢铁行业的共性技术难题。本文立足于某钢厂QStE380TM低碳含铌钛微合金钢薄板坯连铸生产,检测分析了铸坯角部组织金相结构与碳氮化物析出特点、不同冷却与变形速率条件下钢的断面收缩率,并数值仿真研究了不同结构结晶器和二冷区铸坯温度与应力的演变规律。结果表明:微合金钢薄板坯连铸过程存在明显的第三脆性区,且变形速率越大,第三脆性区越显著。传统薄板坯连铸工艺条件下,结晶器的中上部及其出口至液芯压下段的二冷高温区,铸坯角部冷速较低,致使其组织晶界含铌钛微合金碳氮化物呈链状析出。铸坯在液芯压下过程,低塑性角部因受较大变形与应力作用而引发裂纹缺陷。实施沿高度方向有效补偿坯壳凝固收缩的窄面高斯凹型曲面结晶器及其足辊区超强冷工艺,可分别提升铸坯角部冷速至10和20 ℃·s?1以上,从而促使铸坯角部组织碳氮化物弥散析出,并促进铸坯窄面在液芯压下过程金属宽展流动而降低角部压下应力,大幅降低了微合金钢薄板坯边角部裂纹发生率。      

薄板坯连铸结晶器保护渣技术

论述了薄板坯连铸工艺技术的特点及应用于薄板坯连铸工艺保护渣的发展现状，阐述了薄板坯连铸保护渣的物理性能及冶金特性，分析了化学成分对保护渣性能的影响，提出了薄板坯连铸结晶器保护渣应用中的有关问题。     

薄板坯连铸结晶器保护渣技术

综述了薄板坯连铸工艺技术的特点及应用于薄板坯连铸工艺的保护渣发展现状，阐述了薄板坯连铸保护渣物理性能及冶金特性，分析了化学万分的影响，提出了薄板连铸结晶器保护渣应用中的问题。     

连铸坯角部纵裂纹原因分析及对策

对攀钢2^#板坯连铸坯角部纵裂纹产生的原因进行了分析，认为结晶器宽、窄面冷却水量配比不合理以及结晶器等设备状况不良是造成连铸坯角部纵裂纹的主要原因。通过调整结晶器宽、窄面冷却水量，连铸坯角部纵裂纹得到了较好的控制。     

薄板坯连铸结晶器三维流场和温度场的数值模拟

针对ＩＳＰ型薄板坯连铸结晶器，利用数值模拟的方法，计算结晶器的内流体的三维流场和温度场，比较和分析水口结构形状，插入深度及拉坯速度对结晶器内流场和温度场的影响，为薄板坯连铸结晶器以及相适应的伸入式水口结构形状选型提供参考。     

MCCR产线110 mm薄板坯结晶器流场的数值模拟

首钢京唐MCCR产线是国内第一条多模式连铸连轧产线,薄板坯高拉速连铸是实现无头轧制模式的基础,结晶器内流场控制是决定薄板坯高拉速连铸的关键。采用VOF两相流模型研究薄板坯连铸结晶器内流场特点,采用插钉法测量实际生产过程结晶器弯月面流速,并与对应工况条件下模拟结果进行对比校验了模型准确性。通过薄板坯连铸结晶器内流场的数值模拟仿真,获得了薄板坯高拉速条件下结晶器内钢液的流动特征。研究了连铸拉速、2种浸入式水口结构等因素对弯月面流速以及波高差的影响。结果表明:随着通钢量由3.4 t/min增加至8.2 t/min,采用四孔水口时,结晶器弯月面钢液流速由0.02 m/s增加至0.30 m/s,结晶器钢液面波高差由2.0 mm增加至7.2 mm;采用五孔水口时,结晶器钢液面波高差由0.25 m/s增加至0.5 m/s,结晶器钢液面波高差由2.6 mm增加至17.0 mm。高通钢量条件下(5.5～8.2 t/min),采用四孔水口更加有利于控制液面波动稳定性。     

不同断面及拉速对结晶器液面波动的影响

针对国内某钢厂1 450 mm×230 mm板坯连铸结晶器生产情况，利用相似原理，建立相似比为0.6的物理模型。采用墨水进行流场显示试验，观察钢液从水口进入结晶器的扩散过程，通过数据采集系统对结晶器液面波动情况进行检测，对所采集液面波动数据采用1/10大波波高进行分析，研究不同断面及拉速对结晶器液面波动的影响，并对不同断面结晶器下所对应的拉速做出优化。结果表明，结晶器两侧的流场轨迹基本对称分布；结晶器宽度和拉速的增加均会导致结晶器液面波动幅度增大，随着结晶器宽度的增加，窄面附近的液面波动波幅增加最小，结晶器水口附近液面波动波幅增加最大；当结晶器拉速增大时，液面波动的剧烈程度基本符合窄面附近处最大、SEN附近处次之、1/4宽面处最小的规律，但在结晶器宽度1 150 mm、拉速1.6 m/min条件下，水口处波动大于窄面附近。在结晶器宽度为1 150 mm、拉速为1.6 m/min,结晶器宽度为1 450 mm、拉速为1.4 m/min和结晶器宽度1 750 mm、拉速为1.2 m/min工况下结晶器液面波动比较合理。     

EAF—CSP流程Nb微合金化管线钢的连铸工艺研究

基于珠钢采用Nb微合金化技术成功地开发了管线钢X52和X56的事实，结合CSP薄板坯连铸工艺特点，探索出了一套适合含Nb钢薄板坯连铸的浇注温度制度、结晶器保护渣、连铸拉速和结晶器热流密度匹配及二次冷却曲线等工艺控制技术。     

薄板坯连铸结晶器保护渣的选择

结晶器保护渣对连铸工艺的稳定性有很大影响。它的主要功能就是提供充分的润滑并控制水平传热。由于薄板坯连铸的工艺控制较为严格，因此其结晶器保护渣的性能也更加关键。2000年，一套铸速高达6m／min的薄板坯连铸机在Corus Ijmuiden的DSP厂投产。试运行期间，遇到了一些与结晶器保护渣有关的操作问题，即液池深度不够以及滏条／渣块的形成。利用物理和矿物学方法来了解某些结晶器保护渣的特性，以此研究它们在使用中出现的上述问题。试验结果表明，这些现象与操作方法有关。结论是，对于薄板坯连铸而言，正确地选择游离碳，甚至碳粒子在颗粒中的分布，都有利于稳定造渣。在另外考虑了矿物学要求后，结晶器保护渣的物理性能就不如预期的那般关键了。     

连铸结晶器整备方法改进

从结晶器宽面铜板倒装法、结晶器足辊螺栓预紧力选择及预紧顺序改进、结晶器分解打压法、结晶器窄面辊的改进、结晶器足辊地脚螺栓的改进、结晶器各零部件纳入周期管理等六个方面阐述了连铸结晶器整备方法的改进;解决了结晶器宽面铜板安装困难、密封圈易漏水、整备周期长、窄面铜板寿命短等难题;提高了结晶器使用周期、降低了整备工作的劳动强度,并节省了大量的材料费和人工费。     

不同宽度H2结晶器流动、传热凝固行为对比

薄板坯连铸工艺的H2漏斗形结晶器可以生产宽度860～1 730mm的铸坯.对不同宽度H2结晶器内钢液流动、传热凝固行为进行研究,能加深了解H2结晶器内的冶金行为,并为H2薄板坯连铸设备制造及工艺参数优化提供指导.采用数值模拟技术研究拉速4.5 m/min时,宽度900、1 300、1 700mm结晶器内钢液流动、传热凝固行为.结果表明:结晶器宽度增加,流场变化显著,钢液自由液面近水口处波动加剧.不同宽度下,结晶器出口处铸坯坯壳厚度及其表面温度的差别主要体现在靠近铸坯窄边处.     

宽板坯结晶器浸入式水口结构优化的数值模拟

以某钢厂宽板坯连铸结晶器为研究对象,利用商业软件PHOENICS建立一个三维有限差分模型,模拟宽板坯连铸结晶器内钢液的流动分布.通过分析水口底型、倾角、插入深度等工艺参数对钢液面波动、流股对结晶器窄面的冲击力及涡心高度的影响,得出适用于宽规格结晶器的合理的浸入式水口.通过研究,为优化宽板坯结晶器内钢液的流场及浸入式水口的设计提供了科学依据.     

薄板坯连铸结晶器锥度设计技术研究及应用

以提高结晶器使用寿命和铸坯表面质量为目标,通过建立漏斗区自有锥度、结晶器总锥度和结晶器局部锥度的计算模型,研究了漏斗区的宽度和深度、窄边铜板偏移量以及磨损对结晶器锥度沿高度方向分布的影响,提出了漏斗区自有锥度和局部锥度沿高度方向分布应与铸坯的凝固收缩相匹配的设计理念,对薄板坯连铸结晶器宽面铜板内腔形状及窄边锥度调控工艺进行了优化设计,为结晶器操作工艺及管理制度的优化提供了理论依据。基于上述研究工作,研发了适合于FTSC工艺的新型结晶器,进行了大量的工业生产试验。结果表明:在浇注宽度为1 520mm的铸坯时,窄边附加偏移量可由12mm降低到7mm,窄边铜板的使用寿命得到了大幅度的提高,过钢量为2.25万t后,窄边铜板最大磨损量由5mm降低到2mm以下;新型结晶器有效控制了铸坯窄面凹陷和表面纵裂纹的发生。     

CSP结晶器内流动与传热过程的计算机模拟

对CSP薄板坯漏斗形结晶器内的流动与传热行为进行了计算机模拟研究。考察了水口结构形状、拉坯速度及水口插入深度对结晶器内流场、温度场和凝固的影响，为与薄板坯连铸结晶器相适应的浸入式水口结构形状选型提供依据和指导。