CSP中间包夹杂物去除效果的试验研究

夹杂物对钢的性能有很大影响,尤其是对钢水纯净度要求较高的电工钢,因此在电工钢生产过程要采取措施严格控制夹杂物的含量。研究了马钢薄板坯连铸连轧生产电工钢时中间包内夹杂物的种类、含量及粒度组成等,分析中间包内夹杂物的分布,从而评价中间包去除夹杂物的能力。试验结果表明:改造优化以后的中间包基本能够去除40μm的大型夹杂物,也为30μm的小型夹杂物提供了聚集、长大的动力学条件,中间包去除夹杂物的能力较强,为生产高品质的电工钢提供了有力保障。     

换包后中间包内夹杂物运动行为

采用数值模拟与工业试验相结合的研究方法,分析中间包在换包后包内夹杂物颗粒在非等温条件下的运动行为。研究结果表明,换包后,钢中不同尺寸的夹杂物有分离趋势,且小于50μm夹杂物的去除条件逐渐变差。在浇注中后期,小于50μm夹杂物倾向于跟随流体沿中间包底部流出中间包,夹杂物的去除效果进一步变差。工业试验结果表明,通过在中间包底部吹入氩气的方式,改善了换包后夹杂物去除的不利影响。中间包底吹氩气前,大于50μm夹杂物的数量密度为0.008 8个/mm~2;中间包底吹氩气后,铸坯中大于50μm夹杂物的数量密度为0.002 5个/mm~2。     

锆质过滤器对钢中夹杂物的影响

对南京钢铁联合有限公司炼钢厂中间包ZrO2质陶瓷过滤器进行试验研究,通过在装有过滤器的中间包取样,并用多种分析手段系统研究钢中全氧质量分数及钢中非金属夹杂物种类、质量分数、粒度组成等,从而评价中间包过滤器去除夹杂物的能力。试验结果表明,陶瓷过滤器对于钢液中的夹杂物过滤效果明显,中间包内30μm以上夹杂物去除率达41.6%,中间包去除夹杂物的能力有力保障了高品质钢的生产。但需要进一步合理控制钙处理工艺,减少钢液二次氧化,提高钢液洁净度。     

连铸中间包内夹杂物上浮规律的研究

 引入湍流涡旋的Kolmogoroff尺度作为区分钢液中夹杂物粒径大小的标准。对中间包内不同粒径夹杂物的上浮规律进行了理论分析,为中间包内夹杂物去除的实验研究提供了理论依据。采用不同的模拟介质对中间包内夹杂物的去除做了研究,验证了理论分析的正确性。     

板坯连铸中间包内夹杂物去除的数值模拟

以某厂50tT型2流中间包为研究对象,利用大型商业软件ANSYS CFX10.0建立了三维有限体积模型,采用多相流模型对中间包内钢液的流动特性、温度分布与夹杂物去除规律进行了数值模拟,重点研究了不同堰-坝组合方式、湍流抑制器形状、拉速、夹杂物粒径等工艺参数对中间包内钢水平均停留时间、夹杂物上浮率的影响。结果表明:湍流抑制器对夹杂物的上浮去除影响不大;随着夹杂物粒径的增大,夹杂物的上浮率迅速增大;20μm以下的夹杂物则很难在中间包内上浮去除;随着拉速的增大,夹杂物的上浮率是不断减小的;采用堰A=300cm、坝B=400cm、方形瓦楞湍流抑制器、过滤器组合式控流装置时夹杂物的上浮去除效果最好。     

连铸中间包夹杂物运动的仿真模拟

利用通用有限元软件FLUENT,针对板坯连铸机中间包内流场及温度场做了仿真模拟。研究了稳态浇注时中间包内夹杂物的运动情况以及中间包液位高度对夹杂物运动的影响。结果表明,中间包液位高度与夹杂物的去除概率存在较好的正相关对应关系。     

BOF-RH-CC工艺生产无取向硅钢过程中夹杂物行为的研究

通过系统取样,采用金相显微镜、图像分析仪和扫描电镜对比研究了用和不用钙处理的无取向硅钢在生产流程各个阶段的夹杂物的数量、尺寸分布以及夹杂物的类型演变情况。经过定量比较发现,RH真空处理和中间包冶金去除了铝脱氧后80%以上的夹杂物,未经钙处理的硅钢片中夹杂物数量约为1 73×109 个/cm3,经钙处理后约为8 55×108 个/cm3,说明钙处理有利于夹杂物的聚合长大和去除。夹杂物中的MnS变性为CaS或CaS与Al2O3·MgO的复合夹杂物。     

大管坯连铸中间包钢液内夹杂物去除的研究

通过中间包水模型试验和工业试验研究了U型挡墙中间包和Y型挡墙中间包对夹杂物去除的影响.结果表明:Y型挡墙中间包能提高夹杂物的去除率.与U型挡墙中间包相比,从中间包到铸坯,钢中平均总氧去除率显著提高,铸坯中大于50μm的夹杂物显著减少,而显微夹杂数目变化不大;同时Y型挡墙中间包内各流夹杂物分布较均匀.使用U型挡墙中间包时,中间包到铸坯过程吸氮较少.     

40tT型6流中间包结构优化对高碳钢中夹杂物的影响

通过几何相似1:3的水模型对原中间包和优化的增设挡墙中间包进行去除夹杂物的模拟试验,根据水模拟试验结果,优化了40 t钢包结构并进行高碳钢82A和72A的生产试验。结果表明,增设挡墙优化结构后,中间包内滞止时间和实际停留时间延长,活塞区比例提高,而死区比例减小;中间包结构优化后去除夹杂物的效果明显提高,采用优化的增设挡墙中间包生产的高碳钢Φ5.5 mm盘条中夹杂物数量由原来的2.06~2.52个/mm~2降至0.20~1.06个/mm~2,最大夹杂物尺寸由原来的(9.87~13.37)μm×(6.29~9.44)μm降至(4.01~8.33)μm×(3.41~7.62)μm;铸坯中大型夹杂物数量和尺寸也相应降低。     

六流T型中间包夹杂物去除行为的数值模拟

以41 t圆坯连铸中间包为研究对象,运用ANSYS软件,结合流动模型、拉格朗日离散相模型模拟钢液流动和夹杂物行为。通过用户自定义函数为中间包钢渣界面的边界条件设置了一种新的判定标准,即根据夹杂物的受力情况判定夹杂物上浮去除或进入钢液。通过数值模拟计算中间包出口处夹杂物数密度,并与工业试验结果对比,发现新的判定标准较传统的捕捉(trap)边界条件具有更高的计算精度。基于上述模型计算了稳态浇铸过程中间包内不同粒径氧化铝夹杂物的上浮时间、上浮位置及去除率。上述结果为更好地研究中间包内夹杂物行为提供了支撑。     

Fluid Flow and Inclusion Motion in a Multi-Heat Teeming Tundish for Heavy Steel Ingot

 Besides the function of molten steel supply in the casting process, tundish has a capability of decreasing the formation of macro-scale inclusions and promoting the flotation of the remaining inclusions. Both the round shape tundish and the elliptical shape tundish were studied for the multi-heat teeming ingot. The transportation of molten steel and the motion of inclusions were compared using numerical simulation and physical modeling. The results showed that the short molten steel residence time, the large dead volume, and the low efficiency in inclusion removal for the round shape tundish were obtained even when a flow control device was installed. After comparing the two kinds of tundishes with the same capacity, it indicated that in the elliptical shape tundish, the molten steel residence time was prolonged by 1.6 times and the mean residence time increased by 6%; the dead volume was decreased from 18% to 13%, the ratio of the plug volume to the dead volume increased by 68%, and the inclusion flotation efficiency increased by 17%. The trial results indicated that, after using the elliptical tundish, the equivalent diameter of single defect was decreased from 2.5 to 1.6 mm, and no intensity defect was observed. The total oxygen content was 21×10-6, which was decreased by 30%.     

中间包等离子加热工业试验

控制中间包内钢水温度变化是提高生产率和产品质量的有效方法之一。中间包等离子加热能够弥补浇注过程中钢水温降,稳定钢水温度,提高铸坯质量。对某厂中间包等离子加热进行工业试验研究。采用三中空石墨电极等离子加热装置对中间包内钢水进行加热。通过两组中间包等离子加热试验,探究等离子加热对中间包内钢液温度变化和钢液成分及夹杂物特征的影响。结果表明,等离子加热中间包内钢水升温效果明显,升温速率可实现0.8 ℃/min,同时也能够使钢水温度保持稳定;等离子加热后中间包内钢水全氧含量下降,氮含量基本不变,碳含量略有升高;加热后钢液中夹杂物的数密度明显降低,分别下降了7.43%和19.68%。中间包等离子加热可稳定中间包内钢液过热度,促进了氧化物夹杂的上浮去除,提高了铸坯质量。     

去除钢水中非金属夹杂物方法研究

介绍了一种去除钢水中非金属夹杂物的方法,探讨了它对中间包内腔结构改进的作用。经过计算,本方法能够满足10μm以上非金属夹杂物的上浮时间要求。实验证明,通过整流的作用,降低了钢水流动速度,流动更加平稳,可降低注流区的湍流强度,同时使钢液流动路线延长,钢液平均停留时间增加,夹杂物上浮增多,利于提高钢液洁净度。钢水均匀慢速流动减轻了钢水短路流动造成的耐火材料熔损,由耐火材料熔损造成的夹杂物减少。     

单流板坯中间包内湍流抑制器对流场的影响

通过水力学模型实验,研究了湍流抑制器对单流板坯中间包内钢液流动的影响,并比较了有无湍流抑制器时中间包内钢液流动的特性。湍流抑制器使钢液由长水口注入中间包后再返回,从而消除了中间包短路流,发展了表面流,延长了滞止时间和平均停留时间,有利于中间包内夹杂物的去除。湍流抑制器与单挡坝的结构在控制中间包内钢液流动方面效果较好。     

板坯连铸机中间包结构优化的水模型研究

以临钢板坯连铸机中间包为研究对象,采用水力学物理模拟的研究方法,来确定中间包内控流装置设置的最佳方案。根据相似理论,选择合适的弗鲁德准数,确定实验模型与原型的几何相似比为1：2,建立实验模型,并进行水力学模拟实验。对中间包的内腔结构进行合理优化,优化后的中间包冶金效果明显,钢水流动状况较优化前得到改善,钢液流动合理,液面平稳且钢液温度更加均匀,钢液的平均停留时间延长,活塞流体积分率增加,夹杂物上浮指数提高,更有利于钢水的净化。     

120t BOF-LF-VD-CC流程高品质重轨钢U75V的生产实践

通过对重轨钢U75V的生产过程进行取样分析,研究了实际冶炼过程中重轨钢夹杂物的演变规律和大型夹杂物的控制。研究结果表明:控制铝含量≤20×10^-6,精炼渣二元碱度1.8～2.2,白渣保持时间≥15min,RH真空度在100Pa以下保持高真空时间≥15 min,可使钢液中全氧含量降至10×10^-6以下,且铝含量不超过20×10^-6,轧材中基本消除B类和D类粗系夹杂,C类夹杂完全塑性化;中间包钢水过热度按25～35℃控制,中间包钢水平均停留时间（750±30）s、水口插入深度控制在90～110 mm,结晶器液面波动≤±3 mm等措施,可去除钢水中的夹杂物。     

RH精炼真空度对超低碳钢夹杂物去除的影响

 大尺寸非金属夹杂物是引起超低碳钢冷轧钢板表面线状缺陷的重要原因。以IF钢为例,铸坯中大尺寸夹杂物主要有3类,即结晶器保护渣卷入后被凝固坯壳捕获;连铸过程中钢水二次氧化产生且未上浮去除的;钢液中未充分去除的夹杂物在浸入式水口处粘连、堵塞,后续堵塞物脱落被凝固坯壳捕获。钢液一次脱氧生成的夹杂物中,不低于100 μm的夹杂物在RH处理过程中较容易去除,100 μm以下的夹杂物受钢液的流动影响较大,特别是不超过20 μm的夹杂物由于其上浮时间长、钢液流动的跟随性好,去除难度较大。RH是超低碳钢最重要的精炼设备,也是夹杂物去除的关键环节,研究RH去除20 μm夹杂物的新技术具有重要的意义。研究了RH脱碳结束加铝后真空度对夹杂物去除的影响,创新性提出了低真空度去除不超过20 μm夹杂物的新技术。研究结果表明,与高真空度处理工艺(常规工艺)相比,低真空度(压力5 kPa)处理的钢液中夹杂物数量降低更显著,中间包钢液总氧质量分数平均降低0.000 2%,钢液增氮水平相当。冷轧钢板因炼钢原因导致的线状缺陷降级率比常规工艺降低了29%。夹杂物在钢液中的跟随性理论分析表明,低真空度处理工艺下RH内钢液循环流量和钢液流速减小,降低了RH处理过程中夹杂物随钢液的跟随性,提高了不超过20 μm夹杂物的去除效率,有效改善了水口堵塞程度、提高了轧板表面质量。