IF钢板坯连铸结晶器内钢液流场的模拟与优化

以本溪钢铁公司炼钢厂板坯连铸结晶器为研究对象,通过物理模拟系统研究了水口吹气量、水口插入深度对连铸结晶器内气泡运动行为、液面波动及卷渣行为的影响作用,并在此基础上优化设计了连铸工艺参数。工业试验结果表明,经优化后连铸坯表层中含氧化钠（Na2O）、氧化钾（K2O）等保护渣成分的CaO Al2O3 SiO2 MgO系球状夹杂物基本消失,IF钢连铸坯中非金属夹杂物含量明显降低。     

结晶器电磁搅拌对IF钢连铸坯表层纯净度的影响

应用扫描电镜分析、能谱分析和显微镜技术等分析手段,研究了结晶器电磁搅拌对IF钢铸坯表层纯净度的影响。结果表明：结晶器电磁搅拌可有效改善铸坯表面质量,使铸坯表层皮下气泡和显微夹杂物显著减少;IF钢铸坯中夹杂物主要是Al2O3、TiN和Al2O2TiN、Al2O3-Ti2O2、Al2O3-Ti2O3-TiN型复合夹杂物;铸...     

超低碳IF钢连铸过程夹杂物控制分析与实践

IF钢是一个国家汽车用钢板生产水平的标志。目前我国的IF钢生产仍不能满足中高档轿车用高品质钢板的需求。本文主要分析连铸过程各个阶段对IF钢中的夹杂物控制,解决IF钢板坯的表面质量问题,对于IF钢生产的进一步发展具有重要的意义。     

IF钢连铸坯表层夹杂物

针对国内某厂以BOF-RH-CC流程生产的IF钢连铸坯,采用氧氮化学分析、光学显微镜分析、扫描电镜分析、能谱分析和金属原位统计分布分析等多种分析方法,综合分析了夹杂物的尺寸、数量、分布以及成分等.结果表明,非稳态浇铸下铸坯二次氧化严重,大型夹杂物增多;铸坯宽度1/4位置表层夹杂物数量高于边部和中部;随着距内弧表面距离的增加,Al系夹杂物平均粒度越来越小,大于10μm的夹杂物比例也越来越小;铸坯表层夹杂物含量和粒度明显高于铸坯内部,其中距内弧6 mm处夹杂物总数最多.     

IF钢连铸头坯洁净度研究

应用氧氮成分分析、大样电解分析、扫描电镜分析、能谱分析等分析手段,研究了转炉—RH—连铸生产IF钢头坯洁净度的变化规律,并与正常坯洁净度水平进行对比分析。结果表明:沿拉坯方向头坯T[O]和[N]含量呈明显下降趋势。头坯大型夹杂物含量都明显高于正常坯,并沿拉坯方向总体呈减少趋势,4.4 m后大型夹杂物含量接近正常坯水平。铸坯中的大型夹杂物在厚度方向分布不均匀,内弧含量要明显高于外弧含量。头坯中大型夹杂物主要是尺寸为140~300μm和大于300μm两类,分别占总夹杂物质量分数的22.6%和56.8%,此类夹杂物主要来源于结晶器卷渣、中间包卷渣、二次氧化产物以及钢包引流砂。     

IF钢生产工艺优化

介绍了IF钢炼钢系统的装备,针对IF钢生产过程中转炉终点温度和终点活度氧偏高、钢液洁净度波动大、产品质量稳定性差等进行了工艺优化。通过研究转炉促进碳氧反应平衡的措施,优化了RH脱氧工艺和夹杂物控制工艺;分析了连铸水口结构对结晶器液面波动的影响,并提出按铸坯断面选用不同型号的水口。优化后,在转炉终点温度和终点氧含量相对较低的条件下,实现了IF钢的高效稳定生产,提高了冷轧板表面质量。     

IF钢非稳态连铸坯洁净度定量分析

通过氧氮分析、定量金相分析及大型夹杂物分析等试验方法,对某钢厂IF钢生产稳态及非稳态浇注的连铸坯进行了对比研究。结果表明,稳态坯w(T[O])和w(N)的平均含量分别为11×10-6和18×10-6,显微夹杂物含量平均为4.0个/mm2,大型夹杂物含量为2.10 mg/kg,洁净度较高。非稳态浇注对连铸坯洁净度有较大程度的危害。中间包开浇头坯受到较为严重的空气二次氧化,洁净度最差;钢包交换和更换浸入式水口时受到的空气二次氧化较小,但是钢渣反应和卷渣行为较为严重;尾坯洁净度受到空气二次氧化和卷渣的共同影响。连铸坯显微夹杂物含量分布,沿铸坯宽度方向一般1/4处最多,1/2处最少;沿铸坯厚度方向内外弧附近明显高于连铸坯中心部位。     

板坯连铸结晶器钢液流场的数值模拟

 运用Fluent软件,对断面150 mm×460 mm的板坯结晶器钢液流场进行了数值模拟,研究了不同水口侧孔面积和长宽比条件下流场的变化情况,并对倾角和插入深度等参数进行了优化。结果表明,长宽比一定时,面积比越大则液面最大速度越小,冲击深度和冲击压力也越小。面积比一定时,大的长宽比有利于减小液面最大速度、冲击压力以及流股对窄面的冲刷。确定了在不改变水口内径、底面形状和出口形状的前提下,适合该结晶器水口的侧孔断面为25 mm×40 mm,倾角为15°,插入深度为200 mm。     

IF钢连铸坯及热轧板夹杂物研究

夹杂物是影响IF钢表面质量的重要因素。对某厂生产的IF钢连铸坯和热轧板取样, 采用光学显微镜、扫描电镜、能谱、大样电解等多种检测分析方法, 分析了夹杂物的形貌、尺寸、数量、分布以及成分等。研究发现, 热轧工艺的轧制作用使连铸坯宽度方向1/4处聚集的夹杂物向边部迁移, 最终造成热轧板边部夹杂物指数最高, 说明夹杂物聚集带在轧制过程中具有遗传性。热轧板中20 μm以下夹杂所占百分比与连铸坯中夹杂相比稍有增大, 50 μm以上夹杂所占百分比稍有降低。热轧工艺的轧制作用将连铸坯中大颗粒氧化铝夹杂挤压变形为热轧板中的长条状, 容易形成表面条状缺陷。夹杂物在连铸坯距内弧侧30 mm处存在聚集现象, 热轧板中距内弧侧0.5 mm处夹杂物指数最高, 这是由于等效应变不同使夹杂物聚集带向表层迁移。IF钢连铸坯和热轧板中主要有4类显微夹杂, 分别为Al₂O₃类、TiN、Al₂O₃-TiO_x和SiO₂类复合夹杂, 且两者中各类夹杂物所占百分比差别不大。      

连铸结晶器内钢液流场的水模型研究

采用1:1水模型研究了260 mm×300 mm坯连铸结晶器中钢液在拉速0.5～0.8 m/min、浸入深度90～120 mm和5种水口结构时的流场。试验结果表明,合理的水口结构有利于降低冲击深度,现有的直筒型水口过大,优化后的水口可使冲击深度降低30%～40%;随拉速增大,冲击深度增加,而浸入深度对冲击深度影响不大。     

IF钢铸坯表层显微夹杂分析

针对IF钢铸坯表层显微夹杂的变化,采用氧氮分析仪、金相显微镜、扫描电镜、能谱分析等方法,对钢中表层夹杂物的尺寸、数量、形态、分布和来源进行分析。结果表明,铸坯表层显微夹杂在距内弧表面3~4 mm处存在明显的聚集现象,其含量分别达到9.2个/mm~2、8.8个/mm~2,而其它位置上夹杂物数量为5.1~6.8个/mm~2;宽度方向上夹杂物分布具有随机性;表层显微夹杂以Al_2O_3-TiO_x、Al_2O_3类夹杂为主,尺寸多在20μm以内,两者合计占夹杂物总量的84%。     

方坯连铸结晶器内钢液三维流场的数值模拟

针对方坯连铸结晶器内钢液的流动特征，建立三维有限差分模型，利用商业软件PHOENICS对方坯连铸结晶器内钢液流动进行数值模拟。通过计算，分析了直筒型浸入式水口插入深度对结晶器内钢液流场的影响，认为150mm的插入深度是较合理的设计方案。     

拉速变化对IF钢铸坯非金属夹杂物含量的影响

采用原位统计分布分析仪（OPA）对IF钢连铸过程拉速变动对铸坯表层试样非金属夹杂物含量的影响进行了研究,发现在由较高拉速（1．4m／min）向低拉速（0．6m／min）变动时,对结晶器保护渣卷入的影响主要发生在降速初期,而随后的降速和低拉速下停止降速对铸坯表层试样夹杂物含量影响不大。当由较低拉速（0．6m／min）向高拉速（1．4m／min）变动时,对保护渣卷渣的影响主要发生在提升到高拉速后停止升速阶段,而低拉速时启动升速和随后均匀升速对铸坯夹杂物含量的影响不大。研究中还发现在较高拉速下（1．4m／min）即使较少量地变速,也会造成铸坯表层夹杂物含量的显著增加,因此在较高拉速时应避免对拉速进行变动或尽量采用低的拉速改变速率。采用数值模拟方法对拉速变化影响进行的研究结果同样表明,在较高拉速下发生的拉速变化,对结晶器内钢水流动有更显著的影响。     

板坯连铸结晶器内流场和温度场的数理模拟研究

以某钢厂板坯连铸结晶器（断面尺寸：240mm×1400mm）为研究对象,采用数值模拟和水模实验相结合的研究方法,模拟了两种水口浇注条件下结晶器内流场和温度分布状况。实验发现原有水口存在上循环弱,热交换慢,保护渣融化不均匀等缺点是铸坯出现表面纵裂纹的主要原因;而新水口增强了结晶器内上循环速度,改善了结晶器弯月面区域温度分布的均匀性。工业大生产应用结果表明,新水口能明显地降低板坯表面纵裂纹发生率。     

Behavior of Liquid Steel in Mold for Thin Slab Caster

Thinslabcasting ,animportantnewtechnologyindevelopmentofironandsteelindustry ,isasignif icantbreakthroughinthefieldofnearnetshapeca stingtechnology .Althoughthethinslabcastinghasbeensuccessfullyappliedtoindustrialproduction ,itisstillexpectedtoimprovefurtherinthetermsofsteelgrades ,qualityandproductivity .Thekeyistomodifytheinternalshapeofmoldandsubmergeden trynozzle (SEN ) .Atpresent ,theinternalshapeofmoldandSENhasbeenfurtherstudiedtocastdif ferentqualitysteelsinChinaandothercountries[1,2…     

板坯连铸结晶器内钢液表面流速的水模型研究

以承德钢铁厂板坯连铸结晶器为原型,采用1∶1的水模型进行试验,研究了拉速、浸入式水口出口角度、水口浸入深度、水口底面结构及结晶器断面宽度等工艺参数对板坯结晶器内表面流速的影响。结果表明:拉速对表面流速的影响最大,随着拉速的提高,结晶器内钢液表面流速明显增大,当断面宽度为1 650 mm,拉速由0.7 m/min提高到1.4 m/min,表面流速由0.04 m/s提高到0.1 m/s;波浪面结构的浸入式水口表面流速效果最优。     

Interfacial Fluctuation Behavior of Steel/Slag in Medium-Thin Slab Continuous Casting Mold With Argon Gas Injection

 The flow field of molten steel and the interfacial behaviour between molten steel and liquid slag layer in medium-thin slab continuous casting mold with argon gas injection was studied by numerical simulation, in which the effects of nozzle submergence depth and port angle, casting speed, and argon gas flow rate on the flow and the level fluctuation of molten steel were considered. The results show that the molten steel jet from the submerged entry nozzle (SEN) with three ports into the mold and form three re-circulation zones including one upper re-circulation zone and two lower re-circulation zones. Argon gas injection results in a secondary vortex flow in the upper zone near the nozzle. For a given casting speed and argon gas flow rate, increasing the side port angle and submergence depth of nozzle can effectively restrain the steel/slag interfacial fluctuation. Increasing the casting speed would prick up the level fluctuation. For a fixed casting speed, argon gas flow rate has a critical value, the interfacial fluctuation with argon gas injection are stronger than the case without argon gas injection when the argon gas flow rate is less than the critical value, but when the argon gas flow rate exceeds the critical value, the level fluctuation is calmer than that without argon gas injection.     

Interracial Fluctuation Behavior of Steel/Slag in Medium-Thin Slab Continuous Casting Mold With Argon Gas Injection

The flow field of molten steel and the interfacial behaviour between molten steel and liquid slag layer in medium-thin slab continuous casting mold with argon gas injection were studied by numerical simulation, in which the effects of nozzle submergence depth and port angle, casting speed, and argon gas flow rate on the flow and the level fluctuation of molten steel were considered. The results show that the molten steel is jetted from the submerged entry nozzle (SEN) with three ports into the mold and forms three recirculation zones including one upper recirculation zone and two lower recirculation zones. Argon gas injection results in a secondary vortex flow in the upper zone near the nozzle. For a given casting speed and argon gas flow rate, increasing the side port angle and submergence depth of nozzle can effectively restrain the steel/slag interfacial fluctuation. Increasing the casting speed would prick up the level fluctuation. For a fixed casting speed, argon gas flow rate has a critical value, the interfacial fluctuation with argon gas injection are stronger than the case without argon gas injection when the argon gas flow rate is less than the critical value, but when the argon gas flow rate exceeds the critical value, the level fluctuation is calmer than that without argon gas injection.