一种新的旋流连铸技术——电磁旋流水口

日本及中国的学者研究表明,在连铸过程中浸入式水口内的旋转流动可以有效改善结晶器内的流体流动状态并提高钢坯的表面和内部质量。笔者提出一种新的旋流连铸技术,即利用水口外的旋转电磁场对钢液的洛伦兹力,使水口内钢液形成旋转流动。对圆形电磁旋流装置作用下圆坯及方坯连铸过程结晶器内钢液流场进行了三维数值模拟,分析了350 A电磁旋流作用下圆坯及方坯结晶器内钢液流场。结果表明：①水口电磁旋流使得圆坯结晶器内的钢液都处于旋转状态。②有旋流时,在方坯结晶器角部的附近可以观察到水平流动;钢液的冲击深度更小,上返流增强。     

圆坯连铸电磁旋流水口的数值模拟

在浸入式水口外部采用可移动的旋转电磁场装置,使水口内钢液形成旋转流动.通过对磁场和流场的数值模拟,分析了电磁参数和电磁旋流装置结构对钢液内磁感应强度和旋流速度大小及分布的影响.结果表明,钢液中心竖直轴线上的磁感应强度随线圈电流增大而增大,随频率增大而减小.采用圆形磁体时磁感应强度最大且分布均匀,优于马蹄形磁体;线圈电流500 A,频率50 Hz时,获得了在圆形装置作用下浸入式水口内及结晶器内的钢液的速度矢量分布,此时结晶器内产生了较强的旋流流动.从现场操作角度出发,提出了改进马蹄形电磁旋流装置.通过低熔点合金的电磁旋流实验验证了数值模拟的结果及计算方法的可靠性.     

流动控制结晶器内钢液运动的规律

在连铸实验装置上 ,以低熔点Pb Sn Bi合金和硅油分别模拟钢液和保护渣 ,对流动控制结晶器内钢液流动规律进行了实验研究。结果表明 ,流动控制结晶器能够控制弯月面的波动和水口区域的流动状态 ,对改善连铸坯表面及内部质量具有良好的作用。     

水口结构对超宽板坯连铸结晶器内流场和温度场的影响

建立了超宽板坯结晶器两相热流耦合模型,对比计算了4孔和5孔的浸入式水口与传统二分式水口结晶器内钢液流动和温度分布情况,重点比较了采用3种水口结晶器内自由液面波动情况和该处钢液的流动与传热行为以及结晶器出口处钢液温度分布情况。研究表明,对于超宽板坯连铸结晶器,5孔水口和4孔水口结晶器的流动和传热行为都优于传统二分式水口,而且5孔水口结晶器出口处的温度分布更有利于铸坯凝固,改善中心偏析。     

圆坯结晶器偏心浇注条件下水口优化的模拟研究

针对连铸生产过程中常出现水口不对中的问题,通过旋流水口来消除偏心水口带来的不利影响。建立了圆坯结晶器内三维流动、传热数学模型,结合水模型实验,计算分析了水口优化前后结晶器内的流场和温度场。结果表明:合适的水口切向倾角可以使钢液产生较强的旋流,降低偏心浇注条件下结晶器内的偏流指数。旋流流场还可以减小钢液的冲击深度,促进钢液过热耗散,使热中心上移,均匀初生坯壳厚度,提高铸坯品质。     

板坯连铸结晶器内钢液过热消除过程的数值模拟

利用数值模拟方法研究了连铸结晶器内钢液的三维温度分布和传热,分析了水口浸入深度、水口侧孔倾角、结晶器宽度、拉速、钢液过热度、吹Ar、电磁制动及吹Ar量和电流强度等对结晶器内过热钢液的温度分布和传热的影响.结果表明,凝固坯壳前沿的最大热量传入处出现在结晶器窄面的钢液冲击点附近,钢液的大部分过热耗散发生在这一区域附近;过热钢液传递到凝固坯壳表面的热流量与拉速和过热度的增加成正比;吹Ar导致结晶器窄面冲击区域和宽面上部区域的热流密度增加;电磁制动有利于提高结晶器上部区域的温度,但对热流密度分布没有明显影响;吹Ar和电磁制动的双重作用使结晶器上部区域的宽面热流密度提高,冲击区域的热流密度分布没有明显变化.     

钢圆坯连铸过程中渐开式电磁旋流水口数值模拟

提出了一种新的浸入式水口内产生旋流的方法.即在水口外施加可移动的旋转电磁场,非接触地形成钢液旋流.为进一步发挥旋流作用,采用渐开式水口,对圆坯连铸中浸入式水口及结晶器内钢液流场、温度场进行了三维数值模拟,并重点研究了水口渐开角度结合不同旋流强度对结晶器内流场及温度场的影响.研究结果表明,浸入式水口内磁场和旋流速度随着线圈电流强度的增加而增加.当电流强度为500 A,频率为50 Hz时.可产生最大为3 m/s左右的旋流速度.当水口采用同一渐开角度,随着旋流强度的增大,水口出流的冲击深度减小,上返流增强,弯月面温度提高.但当旋流强度增大到一定程度后,结晶器内弯月面附近温度变化不大.采用同一旋流强度,随着水口渐开角度的增加,结晶器内水口出口上方的上返流先增强后减弱,在渐开角度为60°时,上返流最强.同样,弯月面附近温度也是先提高后有所降低,在渐开角度为60°时,弯月面温度最高.水口渐开角度为60°,线圈电流350 A,频率为50 Hz时,在水口入口处施加0.5 m/s水平速度的人工偏流后,电磁旋流能对该偏流进行有效的抑制.     

双条形电磁场作用下连铸结晶器内钢液流动规律的试验研究

在连续实验装置上，以低熔点Ｐｂ－Ｓｎ－Ｂｉ合金和硅油分别模拟钢液和保护渣，对施加双条形电磁场作用前后结晶器内钢液流动规律进行了试验研究。结果表明：双条形电磁场作用能够控制弯月面的波动和水口区域的流动状态，改善连铸坯表面及内部质量具有良好的作用。     

电磁制动技术的发展及在板坯连铸结晶器中的应用

总结了板坯连铸结晶器中电磁制动技术的发展、研究状况以及冶金效果。电磁制动技术可以控制结晶器内钢液的流动、稳定弯月面、减少卷渣现象,有利于结晶器内夹杂物的上浮及去除,从而提高铸坯的质量,且为提高铸坯拉速创造了条件。结果表明电磁制动的影响因素有板坯宽度、浇注速度、浸入式水口（SEN）的形状等。     

水口位置对电磁偏心搅拌作用下大圆坯连铸结晶器内流动及传热的影响

为消除电磁偏心搅拌给φ380 mm断面圆坯质量造成的不利影响,采用数值模拟方法研究了水口位置对大圆坯连铸结晶器和足辊区内钢液流动和传热的影响。结果表明:在电磁偏心搅拌作用下,大圆坯外弧侧更大的电磁力使从水口进入结晶器的钢液流向外弧侧,并使外弧侧钢液温度升高。将水口向内弧侧偏移后,水口内钢液流向内弧侧,碰到结晶器壁后形成一个较大的回流区,结晶器上部回流区缩小;钢液温度尤其是弯月面处钢液温度明显降低,同时内、外弧侧钢液温差增大。虽然改变水口位置有利于消散钢液热量,但不利于保护渣熔化且增加内、外弧钢液温差,所以改变水口位置的方法不宜用于消除电磁偏心搅拌的不利影响。     

不锈钢板坯宽度对结晶器内钢水流动和温度状态影响

利用数值模拟方法对比分析了不同不锈钢板坯宽度下结晶器内钢水流动和温度分布情况。结果表明,在同一浸入式水口结构和工艺参数条件下,随着结晶器宽度的增加,侧孔注流在窄面的冲击位置下降,冲击强度减弱,钢液面处钢水卷渣和液面裸露的几率减小,但液面处钢水温度降低。其中,当铸坯断面大于1360mm时,结晶器内钢水对窄面中心的冲击速度和钢液面处钢水表面流速变化不大。综合表明,该水口浇注不锈钢板坯的适宜宽度范围为1360～1600mm.     

水口侧孔角度对不锈钢板坯连铸结晶器内流场和温度场的影响

利用数值模拟方法对比分析了不同浸入式水口倾角角度下结晶器内钢水流场和温度场的分布情况。结果表明,在同一结晶器断面宽度和工艺参数条件下,随着水口侧孔倾角角度的增加,侧孔注流在窄面的冲击位置上升,冲击强度减小,钢液面处钢水卷渣和液面裸露的几率增加,钢液面处钢水温度增加。其中,当水口侧孔角度为向上0°和5°时,钢液面处钢水表面流速变化相对较小,说明对于该断面不锈钢板坯,水口侧孔倾角角度在0°～5°范围内时在利于铸坯质量的提高.     

异型坯中大型夹杂物分析

在异型坯横截面不同区域取样,采用大样电解、扫描电镜结合能谱分析对莱钢异型坯中大型夹杂物的特征、数量、形状、成份、分布和尺寸等进行了分析;结合LF精炼前后和铸坯中氧、氮变化,对莱钢异型坯清洁度和夹杂物来源进行分析;结果表明异型坯生产采用半敞开式浇铸,二次氧化严重,大型夹杂物主要为MnO-SiO2-Al2O3系夹杂,熔点较低;加上浸入水口为直孔水口,结晶器横截面窄小,异型坯比表面积较大,凝固速度较快等原因,异型坯中大型夹杂数量明显偏高;并且大型夹杂在内弧R角及腹板部分数量较多。连铸生产中,异型坯内弧R角及腹板部位坯壳应力较高,数量较多的大型夹杂物在此聚集,对裂纹形成有促进作用。     

连铸结晶器内钢液流场的水模型试验

采用物理模拟的方法研究连铸结晶器中钢液在不同拉速、浸入深度和水口结构情形下的流动情况。通过流场显示技术分析现有水口的问题,设计了四种水口结构,并且进行了对照试验。试验结果证明:合理的水口结构可以很好的减低冲击深度,随着拉速的增大,冲击深度增加,而浸入深度对冲击深度的影响不大。     

不同宽度板坯结晶器浸入式水口优化的水模研究

采用1:2比例水模型进行物理模拟实验,研究了230mm×(1030,1270,1520,1650)mm宽度的板坯连铸结晶器的流场,优化浸入式水口结构。结果表明,在钢通量一定的情况下,随着结晶器断面宽度的不断增大,同一水口的流股冲击深度增大,整个液面活跃程度逐渐降低,导致液面偏死。可以通过改变水口的比面积,侧孔倾角,高宽比等水口结构参数来适应不同宽度的板坯结晶器连铸工艺要求。     

邯钢CSP连铸机浸入式水口的优化及改进

针对CSP连铸机浸入式水口穿孔及侵蚀较快等现象,邯钢连铸连轧厂从水口材质、制造工艺、分离环形状等多方面进行改进;同时为了进一步提高连铸机拉速,在数学模拟的基础上,优化了浸入式水口的形状,使结晶器内流场更趋合理,大大提高了浸入式水口的使用寿命,促进了CSP连铸机拉速及铸坯质量的提高。     

大方坯连铸机滑动水口液压系统温度高解决方案

在大方坯连铸生产中,滑动水口起着至关重要的作用,然而滑动水口靠近中包和大包,温度高,工作环境恶劣,设备很容易出现故障。一旦滑动水口出现问题,那么后果极其严重,很有可能造成人员伤亡,所以滑动水口的安全系数必须要高。然而在实际应用中,滑动水口出现故障的频率比较高,很大一部分跟局部温度过高有关,所以滑动水口液压系统的散热就成了一大难题。本文就滑动水口液压系统的散热提出了几种解决方法,并分析了各种方法的优缺点及可行性。     

承钢板坯中间包结构研究

随着对钢质量的要求越来越严格,以及在钢包冶金方面的成功,已使人们不能再把中间包作为一个简单的容器使用,而是力争在中间包中进一步去除夹杂物,并防止钢液的再污染。中间包冶金有独特的理论特点和研究方法。作为一种连续操作的反应器,与转炉、电炉及钢包等间歇操作反应器的概念是不同的。中间包内基本的物理现象是钢液的流动,其他冶金过程包括钢液中夹杂物的去除、卷渣、温度和成分的均匀化等,都是流动的钢液中进行的。因此研究中间包内钢液的流动是中间包冶金的基础。承钢公司于2008年建成2机2流板坯连铸机,中间包容量45t,为了提高钢的清洁度,生产高质量产品,承钢对中间包进行控流装置试验,结合现场生产实际,优化设计中间包内部结构,从而保证中间包内死区比例小,以促进大型夹杂物的去除,延长钢液停留时间,促进温度和成分的均一,提高铸坯质量。     

连铸板坯结晶器内钢水流场优化

主要阐述了承钢提钒钢轧二厂为提高产品质量,降耗增效,提出了结晶器流场存在的问题,围绕着改善结晶器流场的思路,重点从保护浇注、振动、浸入式水口方面入手对结晶器流场进行了优化,在生产中取得了显著效果。     

南钢45号钢铸坯质量控制研究

针对南钢方坯连铸45#钢铸坯裂纹及钢件加工裂纹问题,分析得出钢中的氧化物夹杂和凝固过程硫化物偏析形成的大颗粒硫化物夹杂,及连铸过程二冷段大的温度回升是造成质量问题的主要原因。通过优化连铸二次冷却制度、控制转炉终点碳含量、LF炉提前造还原精炼渣、保证足够的软吹时间、加强保护浇注措施,控制了45#钢生产的铸坯质量,有效的避免了加工开裂。