不同工艺条件下小方坯连铸结晶器内的热力学行为

角部表面纵裂和偏离角裂纹是小方坯连铸中的常见缺陷。通过建立小方坯连铸结晶器内铸坯与铜管热-力耦合有限元模型,研究了不同拉速条件下小方坯在结晶器内的热-力学行为。计算分析了拉速、钢水过热度和结晶器锥度等工艺因素对结晶器内坯壳温度分布和塑性应变的影响。结果表明,铸坯角部纵裂和偏离角裂纹容易在结晶器下部发生;提高拉速、降低钢水过热度、采用多锥度结晶器均有利于降低亚包晶钢坯壳凝固前沿偏离角区域的拉应变及其裂纹倾向。一定条件下,高拉速有利于改善结晶器区域坯壳厚度和温度的均匀性、降低亚包晶钢小方坯连铸结晶器内常见裂纹的发生倾向。     

连铸起步段液芯压下薄板坯的热-力行为分析

基于ALE算法和三维热弹黏塑性本构方程并考虑湍流的影响,模拟了连铸起步段低碳钢带液芯压下薄板坯的凝固行为、应力应变分布及变形情况。研究表明,薄板坯连铸液芯压下过程中对板坯的压缩作用主要由板坯中未凝固的部分(液芯部分)来承担,板坯凝固坯壳部分在板坯厚度方向的尺寸变化不大。连铸液芯压下过程中板坯不同位置处的应力不同,板坯在经过液芯压下辊前后,应力发生了较大的变化。在板坯近角部区域应力最大,窄面区域所承受的应力比宽面区域大。连铸液芯压下过程中板坯的等效应变与液芯压下量有关,液芯压下量越大,等效应变值越大,而且应变最大值出现在窄面,且随着时间而发生变化,在起步段的某一时刻（13.5s）应变达到最大值,此时更易接近板坯的临界等效应变,从而诱发裂纹等缺陷。研究证实了对带液芯压下薄板坯连铸起步段开展瞬态数值分析的必要性。     

连铸板坯结晶器内凝固坯壳裂纹敏感性研究

基于钢凝固两相区溶质微观偏析模型和连铸结晶器内坯壳凝固生长二维瞬态热/力耦合有限元模型,提出了定量化描述结晶器内坯壳凝固生长的裂纹敏感性预测模型---CSC(Cracking Susceptibility Coefficient)模型。通过分析结晶器内包晶钢坯壳凝固宏观热/力学行为和坯壳裂纹敏感系数分布,探究了板坯结晶器内包晶钢坯壳凝固生长过程中裂纹敏感性的变化规律。结果表明,典型包晶钢板坯连铸工况下,坯壳偏离角区域易产生"热点",引发坯壳凝固前沿脆性温度区宽度扩大,结晶器窄面线性单锥度极易破坏坯壳应力分布的均匀性;包晶钢板坯表面裂纹和皮下裂纹主要产生于坯壳凝固初期,坯壳角部皮下裂纹则在结晶器内大部分区域均可能产生。     

冶炼、连铸工艺与装备技术方向——重要研究进展之三

正宽大断面连铸坯凝固末端重压下技术开发连铸坯凝固末端重压下技术是全面提升大断面连铸坯致密度、实现低轧制压缩比制备特厚板与大规格型棒材的连铸新技术,已引起了韩国浦项、日本新日铁住金等国际先进钢铁制造企业的高度关注。然而,由于压下过程固液两相区变形复杂、控制窗口窄,目前仍只能依赖工业试验,暴露出产品质量不稳定、裂纹与中心白亮带频发等诸多问题。2016年度,方向研究人员研发形成一系列适用于板坯     

消除连铸板坯中心偏析与中心疏松的研究

提高连铸板坯芯部质量,消除中心偏析与中心疏松,是生产高品质中厚板及特厚板材的重要技术措施。本文提出的液芯大压下量轧制工艺,使连铸坯凝固末端形成人为的结晶核心,有效消除中心偏析和中心疏松。     

厚板坯角部凹陷裂纹的控制措施

角部凹陷裂纹是厚板坯连铸生产中常见的质量缺陷,随着板坯厚度的增加,角部凹陷裂纹发生率不断提高,已成为制约厚板坯质量提升和品种开发的重要因素。针对260 mm×2 800 mm、320 mm×2 800 mm断面板坯,研究了角部凹陷裂纹出现的位置、形貌及组织,分析了铸坯角部在结晶器内的凝固收缩行为的影响因素,获得了厚板坯角部凹陷裂纹控制方法。通过研发曲面窄面铜板结晶器,适应坯壳在结晶器中的收缩;增加窄边足辊对数延长二冷区冷却时间;提高保护渣黏度以增加结晶温度和传热性能;调整结晶器振动参数等控制措施,有效解决了厚板坯角部凹陷裂纹的难题,260 mm×2 800 mm与320 mm×2 800 mm角部凹陷裂纹的发生率分别降低至0.41%和0.86%,为板坯热装热送创造了有利条件。     

宽厚板坯连铸凝固过程数值模拟

针对Q345特宽特厚板的生产实际,建立了宽厚板坯传热数学模型,得到了在整个连铸凝固过程中铸坯任意横断面的固相率和温度分布情况。并进行了射钉试验,通过测量铸坯某位置的凝固坯壳厚度,计算出了液芯长度。对测量结果与数值模拟结果进行分析,最后得出在实际生产条件下,断面为370 mm×2 520 mm的Q345连铸坯在拉速为0.54 m/s时液芯长度是27.81 m,为连铸轻压下技术的改进提供了可靠的信息,同时也为企业探究大断面铸坯凝固末端位置提供了方法依据。     

带液芯连铸坯凝固过程凝固前沿动态施压模型的开发

运用固定网格法开发带液芯连铸坯凝固前沿动态施压模型,实现连铸过程钢水静压力的动态施加,并以此为基础对连铸坯凝固过程热-力耦合进行数值仿真。计算结果显示,热应力在铸坯出结晶器进入足辊区后达到最大值,且铸坯角部的热应力值要远高于其他位置。分析可知,铸坯各部位的开裂危险区段不同,当局部热应力值超过抗拉强度时易产生裂纹。角部热应力最高产生裂纹倾向最大,这与钢厂实际生产时铸坯角部易产生裂纹缺陷的现状相符。     

特厚板坯凝固过程三维热模拟研究

连铸坯重压下技术是改善大断面铸坯中心偏析、缩孔,提升铸坯致密度的有效手段,但重压下位置的合理与否直接影响到重压下技术的应用效果。本文以断面420 mm×2 390 mm的ES355特厚板坯为研究对象,建立了温度场三维有限元分析模型,通过现场测温和射钉实验的凝固终点测试验证了模型的可靠性;利用模型研究了过热度、拉速和比水量对ES355凝固过程温度场和固相率的影响规律。结果表明,相比过热度和二冷比水量,拉速对ES355铸坯温度场、凝固终点和固相率的影响较大。     

小方坯重压下技术的工程实践

小方坯重压下技术是一项解决铸坯内部质量的全新技术。本文首先描述了中冶连铸小方坯重压下工程实践的铸机技术特点,然后基于在180 mm×180 mm断面小方坯72A钢种的大量单辊重压下（5～20 mm压下量）结果,讨论了重压下的几个关键问题,包括重压下和宽向延展、重压下和裂纹、重压下冶金效果等。实践结果表明：重压下能显著提高铸坯内部质量,消除缩孔、改善疏松和偏析,提高铸坯中心致密度;相比较于多辊轻压下,单辊重压下更不容易导致压下裂纹。     

济钢300 mm厚板坯连铸机的工艺优化

济钢5号连铸机生产300 mm厚度铸坯时出现许多质量问题。出现的铸坯缺陷有外弧角横裂、表面纵裂纹、中间裂纹。现场实践表明,外弧角横裂产生的主要原因是铸坯在弯曲之前冷却过强。通过喷嘴改造、调整冷却强度消除了外弧角横裂。通过优化浸入式水口尺寸和调整保护渣性能基本消除了表面纵裂纹。通过优化轻压下工艺和消除机械间隙消除了中间裂纹。工艺优化后取得了良好的表面质量和内部质量。     

不同倒角结晶器内特厚板坯的凝固收缩行为

为研究结晶器窄面铜板不同倒角条件下特厚板坯在结晶器内的凝固收缩行为,采用ABAQUS软件建立了二维瞬态热力耦合有限元模型,通过编制用户子程序模拟计算了铸坯在结晶器内的温度和应力分布情况。模型较全面地考虑了保护渣和气隙对传热的影响。数值模拟结果表明：结晶器窄面铜板倒角过大或过小,都不利于铸坯温度的均匀分布;对断面厚度为420mm的铸坯,倒半径为24mm圆角时,铸坯表面温度分布最均匀,最大平面主应力分布较合理,角部出现横裂纹的可能性会极大降低。     

钢水成分对钢的高温力学性能和CSP薄板坯表面纵裂的影响

从钢水成分影响钢的高温力学性能的角度,研究钢水成分对钢的高温力学性能和CSP薄板坯表面纵裂的影响.研究表明,钢在高温下的临界应力和临界应变是决定裂纹形成的内因,钢的高温塑性对CSP铸坯裂纹的形成起主要作用,添加提高钢的高温强度和塑性的化学元素对减轻表面纵裂的发生有利.     

52CrMoV4弹簧扁钢连铸坯内部裂纹产生机理及预防

连铸坯的质量直接与后续的轧制过程以及中厚板的质量密切相关。通过低倍组织检验、显微组织观察、化学成分分析等方法对52CrMoV4弹簧扁钢连铸坯芯部裂纹产生的原因进行了分析。结果发现,该钢连铸坯中Cr、Mn、Mo等合金元素造成的中心偏析引起冷却过程中发生马氏体相变,产生了较大的拉应力,是导致52CrMoV4弹簧扁钢连铸坯出现芯部裂纹的主要原因。采取了提高钢水洁净度、降低浇注温度和拉坯速度、加大电磁搅拌力和冶炼时增加氮的质量分数等改进措施后,消除了52CrMoV4钢铸坯芯部裂纹缺陷,有效改善了铸坯芯部质量,最终轧制弹簧扁钢心部质量良好,完全满足客户使用需求。     

水槽深度对板坯结晶器热/力行为的影响

基于某钢厂的板坯连铸机具体参数,建立了三维热弹塑性有限元模型,得到了不同水槽深度下铜板的温度、变形量和等效应力应变的分布状态。结果表明：水槽深度增加,热面温度随之减小,热面等效应力随之增大,热应变和塑性应变随之减小,热面变形随之降低。结晶器的水槽深度对结晶器热变形影响较大,当水槽深度增加4 mm,热面最大变形量减小约0.05 mm。     

高强钢板坯二冷三维动态配水的在线控制

为解决某钢厂高强钢板坯二冷动态配水模型的不足,开发了新的三维二冷动态配水系统,并通过钢厂现场实验,数据采集和分析,校验和完善二冷区铸坯凝固传热计算数学模型,并结合测典型点的铸坯表面（铸坯中心、铸坯角部）温度测定,修正新开发的模型。在线应用该系统,进而优化工艺参数,制定合理的配水制度,降低高强钢封锁率和裂纹发生率,提高铸坯的表面质量和内部质量。     

薄板坯连铸结晶器内钢液凝固行为的研究

针对薄板坯连铸漏斗型结晶器内凝固过程,采用热弹塑性有限元法,考虑铸坯与铜板的接触状态,建立了热力耦合模型。模拟分析了铸坯经过结晶器过程中坯壳内的温度场和应力场,得到了凝固坯壳形成过程的传热和变形规律。模拟结果表明：铸坯角部温度高于宽面和窄面中心温度并出现两个平台期;两个弧线段交界区域出现应力峰值,是铸坯裂纹敏感区。该结果为漏斗型结晶器形状的设计、结晶器锥度的优化以及提高连铸坯质量提供理论依据和技术基础。     

Research on the behavior of transversal crack in slab V–H rolling process by FEM

Cracks appear on slab corner which is an important quality problem in some steel works. The closure and growth of transversal crack on slab corner during multi-pass vertical–horizontal (V–H) rolling was simulated with the explicit dynamic finite element method (FEM) and the updating geometric method. The influences of the friction coefficient, the crack size, the edger roll shape, and the fillet radius of grooved edger roll on the closure and growth of cracks were analyzed with the crack width and the contact pressure on crack surfaces. For vertical rolling, the contact pressure on crack surfaces when the grooved edger roll is used is larger than that when the flat edger roll is used. However, after horizontal rolling, the cracks open again when using the grooved edger roll, which may close well when using the flat edger roll. With increase of the fillet radii of the grooved edger roll, the contact pressure on crack surfaces increases during V₁ pass and decreases during V₂, V₃ pass. Reduction of the friction coefficient between the slab and the rolls is helpful for the crack closure for both the flat edger roll and the grooved edger roll during vertical rolling. The experiments were performed for the behavior of transversal crack on the pure lead slab corner, and the calculated results have the same tendency of the crack behavior as the experimental ones.