超宽板坯包晶钢连铸初生坯壳应力的数值模拟

利用商业软件计算了超宽包晶钢连铸过程中初生坯壳所受应力.研究结果表明,由于包晶反应引起的体积收缩,包晶成分钢种的凝固坯壳表面应力显著大于非包晶钢成分钢种,在距铸坯中心约200 ～400 mm处应力出现极大值;随板坯宽度的增加,坯壳表面应力增大,应力极值点向坯壳中心方向移动;连铸工艺参数直接影响包晶钢表面应力大小,随过热...     

板坯连铸过程热收缩变形行为研究

连铸过程铸坯已凝固坯壳因冷却降温发生热收缩变形，该变形是制定连铸机基础收缩辊缝的重要依据。以板坯连铸过程为对象，建立了三维热-力耦合有限元模型，揭示了板坯连铸过程已凝固坯壳沿厚度方向热收缩变形规律。结果表明，浇铸过程中坯壳热收缩变形不断增大，在凝固终点位置热收缩出现短时加速增大趋势，铸机末端位置坯壳宽向中心位置热收缩约8 mm；板坯宽向不同位置热收缩变形存在较明显差异，由宽向中心至铸坯角部方向，已凝固坯壳厚度方向热收缩变形呈先减小后增大趋势。随着拉速增加，相同铸流位置热收缩变形减小，拉速增加0.1 m/min，铸机末端位置的坯壳宽向中心与宽向1/8位置热收缩减小约1.2 mm。研究结果为优化铸机基础收缩辊缝，改善因不合理基础辊缝导致的铸坯内部质量问题提供了数据支撑。     

连铸厚板坯几何形状的热机建模

奥钢联林茨公司为了生产厚355 mm、宽1 600 mm的特厚板坯,升级改造了第3炼钢厂的5号连铸机。该弧形连铸机最初设计生产的板坯最大厚度为285 mm,弧形半径为10 m,配置了直结晶器,对带液芯的铸坯进行弯曲和矫直。在这种类型的连铸机上生产厚度为355 mm铸坯的主要问题是板坯的几何形状。由于弯曲时铸坯角部变形,铸坯可能出现小的皮下热裂纹。为了模拟在浇注过程中结晶器液面到弧形段开始位置的连铸板坯变形,使用ABAQUS软件开发了有限元3D模型。该热力学模型结合材料的粘弹性定律计算浇注过程凝固坯壳的张应力和压应力。据观测,模拟计算出的浇注过程凝固坯壳的张应力和压应力的分布与小热裂纹的外形大致相符。还将抽样测量的板坯几何形状与有限元计算结果进行了比较。采用热机建模计算结果,通过优化结晶器锥度和强化出结晶器后铸坯窄面的冷却,改进了板坯的几何形状。     

板坯连铸大辊径大压下及低压缩比轧制特厚板

 近年来,国内外科研工作者开发的连铸凝固末端重压下技术在改善连铸坯的疏松、偏析等方面取得了良好效果,但仍存在扇形段小辊径压下厚铸坯时,应变难以渗透到铸坯芯部、不利于中心疏松改善等不足。以高效率、低成本、低能耗获得高质量厚铸坯,并实现低压缩比轧制高质量厚规格产品,仍需要进一步探索。为了更加有效地解决厚铸坯连铸凝固过程产生的中心疏松及偏析问题,提出一种全新的宽厚板坯连铸大辊径大压下(BRHR)技术并研制了BRHR设备,在宽厚板坯连铸生产线上安装、调试并运行两年多,同时配套开发了宽厚板坯连铸工艺过程预测与控制系统、二冷水工艺优化控制技术。结果表明,开发的BRHR装备与技术有利于压下应变渗透到铸坯芯部,在连铸生产线上利用凝固末端或刚完全凝固(固相分数f_s=1.0)形成的大于500 ℃或大于400 ℃的大梯度温度场实施大直径辊大压下,可以显著改善宽厚板坯中心缺陷。生产实践证明,采用BRHR装备与技术使厚度为400 mm的宽厚板连铸坯缩孔、疏松及偏析得到显著改善,结合轧制工艺优化以1.90~2.53的极低压缩比轧制生产出厚度为150~200 mm的高质量特厚板,这对低成本、短流程生产高质量特厚规格产品及节能减排意义重大。     

板坯连铸轻压下压下力的解析计算法

针对板坯连铸轻压下过程,对铸坯单元体建立力学平衡方程,结合温度的计算结果,分析了钢种和压下位置对铸坯受力和变形量的影响.结果表明,轻压下过程中铸坯边部受到的应力明显高于宽面中心受到的应力,表层受到的应力最大超过100 MPa.随着压下的进行,铸坯表层受到的应力逐渐减小,心部受到的应力逐渐增加.在总压下量一定的情况下,钢...     

连铸板坯凝固末端大压下改善铸坯内部质量

探讨了单对辊凝固末端大压下对连铸板坯内部质量的影响。研究中,分析检测了不同拉速条件下Q345D连铸坯低倍组织特征,并对铸坯中心疏松进行了定量测量。结果表明,采用大压下能够有效改善连铸坯的内部质量。拉速为0.70 m/min时,大压下15 mm相比轻压下时铸坯在宽度1/2位置、1/4位置处的中心疏松体积均明显降低。轻压下时铸坯宽度1/2、1/4位置处的中心疏松体积分别为1.73×10-7、2.68×10-7 cm3/g;大压下15 mm时铸坯宽度1/2、1/4位置处的中心疏松体积分别为5.33×10-8、-1.84×10-8cm3/g。轻压下、大压下15 mm时连铸坯中心碳偏析均较轻,但后者相对稍重,最大值分别为1.176、1.282;轻压下与大压下条件下,铸坯宽度1/4位置中心碳偏析均高于宽度1/2位置。特别地,大压下15 mm时,铸坯宽度1/2位置、1/4位置处,连铸坯中心靠外弧侧出现负偏析,最大负偏析值为0.916。     

连铸板坯三维二冷动态配水与精准压下研究与应用

在现有工艺条件下,校验和完善二冷区铸坯凝固传热计算数学模型,开发三维二冷配水模型,解决目前设备状况下冷却水分布不均匀对铸坯温度的影响,从而控制铸坯表面质量,特别是铸坯的角部裂纹,同时对板坯连铸二冷配水制度进行改进和优化,使之满足高效连铸生产条件和改善铸坯质量的需要。提出压下参数计算公式,结合所开发三维二冷配水模型,优化现有压下工艺,提出并应用精准可控单段压下、非稳态压下控制,集中解决连铸板坯中心偏析、中心疏松和缩孔等内部质量问题。同时优化模型数据库,使之数据更加完备,模型计算更加准确,同时模型具备异钢种混浇过程二冷及压下控制功能,能够进行凝固终点W形预测与控制,可进一步提高模型适用性和准确性。模型开发并成功在多家钢厂现场应用,有效改善了铸坯裂纹和偏析等铸坯表面和内部的质量问题。      

压下对重轨钢大方坯内裂纹敏感性的影响

为研究压下对连铸坯内部裂纹产生的影响,利用ABAQUS有限元软件建立了230 mm×280 mm断面大方坯压下数学模型。通过压下模型对重轨钢连铸坯压下过程进行热力耦合模拟计算,对压下过程中产生的内部裂纹进行了预测。首先,对连铸坯不同中心固相率为0.3～0.7的温度场进行计算;然后,利用压下模型计算了连铸坯中心固相率0.3～0.7时凝固前沿的等效塑性应变。研究结果表明,在连铸坯中心固相率为0.3～0.7的位置处分别施加7 mm压下量进行压下,连铸坯凝固前沿等效塑性应变未超过临界等效塑性应变（0.4%）,连铸坯未出现内裂纹;同时,对连铸坯在中心固相率为0.6位置处进行了不同压下量的研究,研究结果表明,当连铸坯压下量超过7 mm时,凝固前沿的等效塑性应变超过临界塑性应变（0.4%）,连铸坯出现内裂纹,并且压下量越大,连铸坯内裂纹越严重。同时,工业试验结果与模型计算结果基本吻合,验证了模型计算的准确性。      

拉坯方向铸坯温度场和冷速分布对微合金钢表面横裂纹的影响

基于已开发的板坯连铸二维传热与凝固模型,结合实际连铸工艺条件,计算并重点揭示了沿拉坯方向铸坯表层(0~5mm)宽面中心和角部温度场与冷速分布。结果表明,铸坯在结晶器内浇注温度迅速下降至1 200~900℃,随后在二冷区内缓慢冷却,角部比宽面中心低约200℃;表层铸坯在结晶器内冷速最大达40℃/s,平均冷速约为10℃/s;二冷区内,足辊区冷速约3~6℃/s,随后维持在0.1~0.5℃/s之间。研究结果可用于优化连铸工艺,为从凝固与相变角度控制连铸坯表面及角部横裂纹缺陷提供依据。     

连铸轻压下过程的热力分析

以D32船板钢250 mm×2 400 mm连铸坯为研究对象,借助ANSYS数值模拟软件建立铸坯在轻压下过程中的热力耦合模型,模拟分析了在轻压下过程中铸坯的变形特点和应力分布规律,为深入解决轻压下过程中铸坯芯部未完全凝固区的温度、相变、收缩等状态较强的指导意义。研究表明,二冷第9段至第11段辊缝逐渐收缩,铸坯厚度方向累积压下量逐渐增大,达到压下的目的;夹辊辊缝的持续缩小,使得铸坯芯部未凝固区被持续挤压减小,铸坯内部未凝固(液芯)部分主要来承担压下辊对铸坯所实施的作用;在轻压下实施过程中铸坯横断面各位置等效应力大小分布为角部宽面窄面。     

高速连铸结晶器内凝固传热行为及其均匀性控制

从分析高拉速包晶钢板坯连铸结晶器内凝固传热行为特征入手,首先阐明拉速对结晶器内的界面热阻、凝固坯壳的温度与应力分布的影响规律,研究发现拉速超过1.6 m·min?1时,界面热阻明显增加,拉速由1.4 m·min?1提升至1.6 m·min?1和1.8m·min?1时,出结晶器坯壳厚度相应减少约10%,其发生漏钢的危险不断增加;在此基础上,阐述了结晶器的内腔结构、保护渣、振动与液面控制等控制结晶器内坯壳凝固均匀性的相关技术。要实现高速连铸,首要应考虑结晶器内腔结构的优化设计,使其能更好地迎合凝固坯壳的生长,研制适合包晶钢等凝固特点的专用连铸保护渣至关重要,铸坯鼓肚控制也是保障高拉速液面稳定的关键。      

基于有限元法优化低碳钢板坯连铸机结晶器锥度的设计

钢厂1^#连铸机以0.95 m/min拉速生产SS400,D36和X70钢150~180 mm连铸板坯时,易产生角部纵裂纹,发生率最高可达5%。利用商业有限元软件ANSYS,建立了板坯连铸结晶器二维切片式凝固传热数学模型,并采用传热和应力/应变直接耦合的方法对连铸过程结晶器内凝固传热进行计算,分析了各钢种在0.95~1.05m/min拉速下铸坯温度分布以及温度分布不均引起的热应力。工业试验结果表明,根据优化计算结果,将板坯结晶器窄面的锥度系数由原来的1.00%改进为1.10%后,有效地消除了1^#连铸机板坯的角部纵裂纹。     

轻压下技术在板坯连铸生产中的应用现状

 阐述了轻压下技术的机理、作用形式、发展过程、理论研究等,并对梅钢板坯连铸2号机(使用轻压下工艺)和1号机(未使用轻压下工艺)的产品进行了对比,结果表明,使用了轻压下工艺之后,铸坯的中心偏析、疏松、裂纹等缺陷得到了明显的改善,因此轻压下工艺对于改善铸坯的中心偏析、疏松等缺陷有良好的效果。良好的操控界面、强化凝固过程的控制技术、不同钢种临界应变物性的研究是轻压下未来的重点发展方向。     

X80管线钢238 mm x 1 650 mm连铸坯温度场及凝固末端位置的数学模拟

用二维切片跟踪铸坯凝固传热的方法建立了X80管线钢（/%:0.04C,1.85Mn,0.25Si,0.006P,0.003S,0.30Ni,0.21Mo,0.06Nb,0.02V）238 mm×1650 mm板坯连铸过程中垂直拉坯方向传热的数学模型,通过ANSYS对X80管线钢连铸过程中温度场及坯壳厚度的渐变进行计算,得出拉速1.2mm/min时,出结晶器坯壳厚为18.14 mm,铸坯液芯长22.58 m。凝固壳厚度计算值射钉测试结果的相对误差≤2.5%,凝固末端位置的相对误差为0.68%。分析了过热度（25~55℃）,拉速（1.2~1.3m/min）和二冷水量（79.2~96.8 m³/h）对切片各点温度和凝固末端位置的影响。结果表明,增大拉速、减小二冷配水量,连铸坯表面温降变慢,凝固末端位置距离结晶器液面越远,凝固时间变长;该X80管线钢板坯连铸最佳工艺参数为钢水过热度35℃,拉速1.2 m/min和二冷配水量88m³/h。     

板坯连铸过程凝固传热数值计算与工艺优化

连铸过程铸坯凝固传热规律与铸坯质量、连铸过程顺行密切相关.针对某厂连铸板坯凝固传热过程开展数值计算研究,结果表明,在二冷6～8区及空冷区开始阶段存在较明显的回温趋势,且坯壳温度较高,8区末铸坯宽面中心温度达到约1032℃.此外,轻压下系统热跟踪模型计算凝固终点位置较靠前,压下区间有待优化.针对上述问题,将二冷水量由0....     

邯钢中碳微合金钢板坯轻压下位置优化

板坯连铸轻压下实施过程中,合理的压下参数是影响铸坯内部质量的决定性因素。根据邯钢中碳微合金钢板坯连铸生产条件,建立凝固传热模型,结合板坯射钉试验研究,预测其凝固进程和压下位置。在此基础上,开展轻压下工业试验,分析了压下位置对铸坯中心偏析的影响。结果表明,在拉速为0.85 m/min、过热度为20～30 ℃、二冷比水量为0.59 L/kg的条件下,邯钢中碳微合金钢板坯连铸压下区间中心固相率为0.2～0.7,对应位置为16.42～21.62 m,位于7～9号扇形段内。与采用6～8号扇形段压下相比,优化方案明显改善了板坯中心偏析和疏松,东西两侧不均匀偏析和横截面V型偏析显著减弱。     

轻压下对GCr15轴承钢大方坯内部质量的影响

轴承钢棒材中心致密性和碳化物缺陷与大方坯铸态内部质量控制水平密切相关。以GCr15 轴承钢为研究对象,建立了大方坯连铸过程二维纵向凝固传热模型,结合现场测温试验验证了凝固模型的准确性。基于凝固末端轻压下补偿当地凝固收缩、控制中心缩孔的理论,通过对大方坯凝固进程的准确预测,揭示出其糊状区内合理的轻压下范围。其中,浇铸试验条件下对应铸坯中心固相率为0.30~0.75的合理压下区间为16.4~22.5 m。生产试验表明,轻压下对铸坯凝固组织转变与形貌影响不大,但可明显消除中心缩孔,中心疏松也可由1.5级以上稳定降至0.5~1.5级,满足轧制要求; 合理的轻压下位置和适度的轻压下量可明显改善轴承钢大方坯中心缩孔和中心疏松程度,提高轧材探伤合格率。同时也发现,压下位置与压下量分配不合理或不稳定可能诱发铸坯内裂纹,从而不利于轧材质量的稳定性和一致性。当前生产条件下,稳定拉速并在3~6号压下辊合理分配压下量可达到有效改善内部质量的目的。     

碳含量及连铸工艺参数对宽厚板坯结晶器热流的影响

对钢厂0.07%~0.18%C钢220~320 mm×1 800~2700 mm宽厚板的连铸过程进行了一年的在线检测与统计,研究了不同碳含量的钢种的拉速(0.65~1.2 m/min),钢水过热度(13~35℃),结晶器进水温度(27~35℃)和结晶器液位(775~810 mm)等工艺参数对结晶器铜板热流的影响。结果表明,浇铸220 mm板坯的结晶器热流随拉速增加而上升,但拉速>1.05 m/min时热流不再增大;对具有包晶反应的钢种,宽面与窄面热流随钢液过热度的增加而增大,但进水温度升高,热流降低;受包晶相变收缩的影响,浇铸0.13%C钢时结晶器热流最低。     

微合金钢连铸坯表面裂纹敏感性预测模型

为了从凝固及相变特性角度解决微合金钢连铸坯表面裂纹问题,建立了与合金化相关联的初始凝固包晶反应度模型、奥氏体晶粒长大模型、铁素体转变量模型以及碳氮化物的析出模型。结合铸坯实际冷却条件,进一步建立了包晶反应度预测、初生奥氏体晶粒长大、铁素体转变、析出相析出等对铸坯表面裂纹敏感性的预测模型。针对某J55钢连铸板坯,奥氏体晶粒尺寸超过1 mm、铁素体析出量为10%、二次相析出量增加时,横裂纹敏感性最大。表面裂纹敏感性预测模型有助于实现基于成分微调和组织调控的微合金钢连铸、热装等生产过程表面裂纹控制技术。