板坯连铸结晶器非稳态流场的模拟研究

本文运用数值模拟研究方法,研究高拉速厚板坯连铸非稳态结晶器流动特性,研究浸入式水口堵塞、水口不对中对结晶器流场、液面流速和对初生坯壳的影响。高拉速厚板坯连铸,铸坯质量下降,90%表面缺陷集中在铸坯边角区域,最严重的缺陷是铸坯中心和角部纵裂。非稳态工况对结晶器的流场影响因素更为显著,研究发现水口堵塞程度、水口出口流速、流量分配比是结晶器液面流速不对称、液面波动的主要影响因素,水口不对中是钢液流股对结晶器初生坯壳局部热冲击的主要因素,因此高拉速连铸应尽量避免非稳态工况操作,确保产品质量和效率的双赢。     

400mm特厚板坯表面横裂纹控制技术

研究了钢水成分、结晶器保护渣、结晶器振动、浸入式水口、二次冷却制度等连铸工艺技术对400mm特厚板坯表面横裂纹的影响。试验结果表明,对于400mm特厚板坯,钢的化学成分及第Ⅲ脆性区的高温延塑性,是形成表面横裂纹的内因;二冷区强冷及矫直力是形成表面横裂纹的外因。在此基础上,提出了改善400mm特厚板坯表面横裂纹的有效措施...     

475 mm特厚板坯连铸结晶器浸入式水口优化数值模拟研究

特厚板坯连铸技术主要应用于特种装备制造领域,市场需求量较大。浸入式水口的结构是决定结晶器中流场流动行为的关键因素。本研究通过建立三维数值模型,研究浸入式水口侧孔倾角对475 mm特厚板坯结晶器内流场流动行为、温度场和凝固坯壳分布的影响。结果表明,水口侧孔倾角对钢液流动行为影响显著：当侧孔倾角由-20°调整至-10°时,射流冲击深度由660 mm减小至545 mm,结晶器自由液面平均温度升高4 K;此外,侧孔倾角的减小使凝固坯壳尤其是窄面坯壳厚度增加6 mm。综合考虑,当水口侧孔倾角为-10°时,结晶器性能最佳,此时的液面流动较活跃,结晶器保护渣和液面之间的传热性良好,出口处的壳体厚度均匀,足以满足生产需要,可有效避免漏钢现象发生。     

浸入式水口结构对409 L钢连铸坯表面“卷渣”的影响

基于太钢409 L钢连铸生产工艺及板坯连铸机工艺参数,采用水模型实验和工业试验相结合方式研究了浸入式水口结构对结晶器内钢水流动行为及其对连铸坯[200 mm×(1 060～1 240 mm)]表面"卷渣"的影响。结果表明:使用原浸入式水口(侧孔48 mm×70 mm,和上倾15°)结晶器内钢液流场不稳定,对应连铸坯表面存在严重"卷渣"缺陷;在不改变水口结构条件下,上倾5°和上倾10°水口均无法解决连铸坯表面"卷渣";32 mm×52 mm小侧孔水口能有效解决小断面[200 mm×(900～1100 mm)]或低拉速(0.7～0.9 m/min)时409 L钢表面"卷渣";Φ60 mm内径水口对应结晶器中心平均波高在3.5～4.5mm,连铸坯表面"卷渣"缺陷由原来的36.5%降低至0.8%,该型水口不仅能适用现有断面[200 mm×(900～1320 mm)]及拉速(0.7～1.1 m/min)要求,还能提升连铸坯实物质量。     

0.12%~0.16%C铬钼钢连铸板坯表面纵裂的控制

12Cr2Mo,14CrMo和15CrMo钢的生产流程为铁水-110t BOF—LF—VD-300 mm×（1700~2400）mm板坯CC工艺。分析了钢中碳含量,Mn/S,结晶器倒锥度,结晶器冷却工艺和保护渣,浸入式水口插入深度等因素对连铸板坯表面纵裂的影响。通过将优化前3种钢的结晶器倒锥度1.10优化成12Cr2Mo钢1.20,14CrMo钢1.15,15CrMo钢1.10,浸入式水口的插入深度由原先的170~180 mm调整到140~150 mm,使用粘度较低的保护渣（碱度1.25,1300℃粘度0.129 Pa·s）,以增加渣液的流动性,连铸板坯表面纵裂缺陷得到了有效的控制,纵裂率由原先的8.9%降低到优化后的3.2%。     

Q345B特厚复合钢板开发

 为了开发150 mm以上的特厚钢板,采用Q345B连铸板坯,经过表面清理、真空焊接及室式炉加热、宽厚板轧机轧制的工艺生产200 mm特厚复合钢板;用探伤、拉伸、剪切及冷弯等试验检验其结合度和力学性能,利用光学显微镜和扫描电镜等分析特厚钢板的组织及拉伸断口。结果表明,采用该工艺生产的特厚复合钢板结合性良好,能够满足GB/T 7734—2004Ⅰ级探伤要求;结合部位组织和基体组织均为铁素体＋珠光体组织;复合钢板的厚度方向断面收缩率达到35%以上。     

亚包晶钢板坯纵裂成因与浸入式水口改型

针对某厂连铸机浇注亚包晶钢板坯表面纵裂纹发生率较高的问题,分析了双侧孔浸入式水口对裂纹形成的影响。在此基础上对浸入式水口结构进行优化,开发了新型浸入式水口。通过模拟研究和生产应用分析,对比了双侧孔浸入式水口与新型浸入式水口结构的差异以及两者对结晶器内流场和温度场的影响。结果表明,采用双侧孔水口浇注时,结晶器钢液流场和温度场分布不合理,导致结晶器内液渣层厚度不均匀,尤其是水口与结晶器壁之间位置液渣层厚度偏薄,从而诱发了板坯表面纵裂纹缺陷的大量发生,纵裂纹集中在板坯宽面中心400 mm范围,裂纹长度50～1 200 mm,深度2～12 mm;采用新型浸入式水口更有利于水口与结晶器壁间钢液流动,增加水口出入口钢液束流能力,使结晶器内钢液流场对称、温度场分布均匀、液渣层厚度均匀增加,亚包晶钢板坯表面纵裂纹改善显著,表面纵裂纹发生率由10.9%降低至1.5%。     

不同宽度板坯结晶器内流场的水模型和数值模拟研究

采用1:0.8比例水模型和基于Fluent软件的数值模拟,实验研究了190 mm×(1500～1900)mm宽板坯连铸结晶器的流场。结果表明,在钢水流量不变的情况下,随着结晶器断面宽度的增加,流股的冲击深度增加,流股涡心高度降低,结晶器表面流速、液面波动、流股对结晶器窄面的壁面剪切力均减小,卷渣和液面裸露几率逐渐降低。在钢水流量不变的情况下,随着结晶器断面宽度的增加,若采用同一水口,可以适当减小水口插入深度。     

IF钢热轧板卷渣缺陷形成原因及控制措施

针对210-2250线IF钢绕组板卷渣缺陷形成原因进行了系统调查研究,结果表明板坯在连铸浇注过程中结晶器窄面液位波动造成保护渣卷入是此类缺陷发生的主要原因,通过增加浸入式水口插入深度,优化浸入式水口结果、优化保护渣性能、降低拉速等、能有效避免结晶器窄面保护渣卷入、工业实践表明、工艺调整后IF钢热轧板卷渣缺陷发生率明显降低。     

高拉速厚板坯连铸结晶器流场影响因素的模拟研究

运用数值模拟研究方法,研究高拉速厚板坯连铸结晶器流场的影响因素;研究浸入式水口结构、水口控流方式、水口出口角度、水口浸入深度、结晶器宽度、结晶器厚度、吹氩等因素对结晶器流场、液面流速以及初生坯壳的影响.结果表明在高拉速下,结晶器的流场不稳定因素增多,工艺参数对结晶器流场的影响因数增加.在高拉速下结晶器流场流速高,液面波动大,液钢流束冲击深度大,势必造成产品质量的下降趋势,因此高拉速厚板坯连铸过程必须采用电磁制动或流场控制技术,降低高流速带来的不利影响;水口结构与结晶器规格最优化与匹配能得到适宜的结晶器流场;同时发现高拉速钢液流束对结晶器初生坯壳的影响严重,是高拉速漏钢率高的直接原因之一.     

采用薄板坯连铸生产高表面质量冷轧钢板的可行性分析

薄板坯连铸由于拉速高,结晶器容量小,结晶器钢水液面波动高度和表面流速显著高于传统连铸,因此容易造成保护渣卷渣,这是薄板坯连铸生产高表面质量冷轧钢板钢种的主要困难所在。NUCOR、蒂森一克鲁伯等企业采用薄板坯连铸连轧工艺生产冷轧钢板的实践也表明,在表面质量方面与传统工艺产品尚有较大的差距。采用薄板坯连铸工艺生产优质冷轧钢种,应适当增加铸坯厚度,以降低拉速和增加结晶器对钢水流的缓冲作用,可采用120mm厚铸坯(结晶器出口),3m／min左右拉速。为了减少结晶器保护渣卷渣,应对中等厚度薄板坯连铸结晶器内钢水流动控制(SEN结构参数、SEN浸入深度、拉速等)、电磁制动、保护渣等开展深入的试验研究。     

常规低碳钢板坯的高速连铸工艺技术

 高速连铸具有显著减少建设投资、大幅提高产量和降低物料消耗等优势。但欧、美及国内多数钢厂均使用中低拉速连铸常规厚度板坯，主要原因是高速连铸拉漏风险增加与卷渣导致的表面质量恶化。为解决上述问题，以日本JFE为代表的钢企开发了一系列关键技术，JFE福山No.5 铸机连铸厚度220 mm低碳钢板坯最大拉速达到3.0 m/min。阐述了国内外常规板坯铸机的高速连铸发展历程。基于JFE福山No.5 CCM和首钢京唐No.3 CCM低碳钢高速连铸实践，综述了高速连铸的3项关键技术，分别是强冷却能力结晶器技术、高速连铸结晶器卷渣控制技术和电磁冶金技术，为生产冷轧薄板钢种为主的钢厂提高铸机拉速提供参考。     

20Mn23AlV钢用低反应性连铸保护渣的开发

20Mn23AlV高锰无磁钢的高铝含量导致连铸过程中钢水与连铸保护渣的剧烈反应,连铸坯产生大量裂纹缺陷,影响其连铸正常生产。为提高铸坯质量,保证20Mn23AlV高锰钢连铸生产顺行,本研究对现场生产20Mn23AlV的连铸工艺和采用的连铸保护渣进行了系统的研究和分析。通过实验室的感应加热炉进行渣-金反应试验,并结合化学分析和扫描电镜等方法研究开发出20Mn23AlV低反应性连铸保护渣,并采用工业试验证明采用低反应性连铸保护渣可以消除连铸坯表面裂纹缺陷,20Mn23AlV高锰钢铸坯修磨量可由8%降低至1%。     

冷轧镀锌板表面夹杂缺陷研究及控制

分析研究了马钢CSP冷轧镀锌板表面缺陷,得出其表面缺陷源于保护渣、脱氧产物和耐火材料所引起夹杂的结论。为此,有针对性地调整了精炼吹氩和喂丝量,改进了连铸过程对钢液的保护,进一步规范了连铸换包和加保护渣操作,并把结晶器窄面倒锥度调整为1.2％、铸坯厚度从72 mm调整为90 mm。上述措施实施后,冷轧镀锌产品表面缺陷得到有效控制,表面缺陷从调整前9.97％下降到2.59％。     

汽车钢板表面线状缺陷控制技术

针对线状缺陷是制约汽车钢板表面品质的关键问题,对汽车钢种热轧板和冷轧板的表面缺陷进行SEMEDS分析。研究发现保护渣是引起汽车板线状缺陷的主要原因。提高钢液洁净度可以缓解水口堵塞,进而减少保护渣卷入与内壁大尺寸夹杂物脱落,此外优化结晶器流场也可以防止卷渣的发生。某钢厂通过工艺优化,使加铝前钢液溶解氧降低明显,并有效减少连铸过程钢液的二次氧化,提高了钢液洁净度。此外还通过对浸入式水口结构进行优化,降低了结晶器上回流强度,使液面波动明显减小。采取上述工艺优化,轧板表面线状缺陷的发生率显著降低。     

Heat Transfer and Deformation Behavior of Shell Solidification in Wide and Thick Slab Continuous Casting Mold

With the considerations of the behaviors of shell deformation, mold flux film and air gap dynamic distribution in shell/mold gap, a two dimensional slice-travel transient thermo-mechanical coupled model of simulation shell solidification in wide and thick slab continuous casting mold was developed by using the commercial program ANSYS. The evolutions of strand-mold system thermal behaviors, including the air gap formation and the mold flux film dynamical distribution in shell/mold gap and shell temperature field, and the evolutions of shell deformation and stress distribution of peritectic steel solidified in a 2120 mm wide and 266 mm thick slab continuous casting mold were analyzed. The results show that the air gap formation and the thick mold flux film distribution mainly concentrate in the regions 0–21 mm and 0–7 mm, 0–120 mm and 0–100 mm off the shell wide and narrow faces corners, and thus the hot spots are given rise to form in the regions 15–55 mm and 15–50 mm off the shell wide and narrow face corners. The shell server deformation occurs in the off-corners in the middle and lower parts of the mold. The stress evolution in shell surface is tensile stress, while that in shell solidification front is compressive stress.     

1 850 mm×230 mm板坯连铸结晶器流场与温度场数值模拟

为研究连铸工艺参数对结晶器内部钢液的作用规律,对涟钢1 850 mm×230 mm板坯连铸结晶器流场和温度场进行了系统的数值模拟,研究了不同吹氩量(0～7 L/min)、不同水口浸入深度(110～150 mm)和不同拉速(0.9～1.2 m/min)对结晶器内钢液行为的综合影响。结果表明,随着吹氩量增加,自由液面的钢液流速和温度总体呈现降低的趋势;随着水口浸入深度增加,自由液面的钢液流速先降低后增加;随着拉速增加,自由液面的钢液流速增加;水口浸入深度和拉速对温度场的影响较小。当吹氩量为5 L/min、水口浸入深度为130 mm、拉速为0.9 m/min时,结晶器自由液面具有较小的钢液流速和湍动能,同时液面具有较好的温度均匀性。通过数值模拟研究,为合理选择结晶器相关工艺参数提供了理论依据。     

立式组合电磁制动对CSP结晶器内钢液流动及偏流控制

紧凑型带钢(CSP)薄板坯连铸结晶器在浸入式水口下方设置水平式的全幅一段电磁制动器(Ruler-EMBr),在进一步提高薄板坯连铸拉坯速度的情况下,不能有效控制CSP结晶器自由表面的钢液流速和液面的稳定性.为此提出一种新型的立式组合电磁制动(VC-EMBr)技术,并利用商业软件ANSYS FLUENT数值模拟研究了全幅...     

宽厚板坯窄面鼓肚分析及解决措施

重钢3#连铸机浇300 mm厚16Mn系钢时窄面出现高达7～8 mm的鼓肚,分析发现浇注过程中存在结晶器窄面冷却强度弱、窄面锥度太小、窄面足辊跑锥等问题。通过对窄面足辊结构、结晶器锥度设定、窄面足辊与窄面铜板对弧、窄面足辊二冷水等参数进行优化,保证整个结晶器工作正常。实践表明,改进后结晶器最大跑锥0.5 mm,铸坯窄面鼓肚小于2 mm。     

浇铸参数对结晶器液面波动影响及其工业应用

 板坯连铸结晶器液面的波动行为是结晶器内钢液流动、结晶器自身振动以及辊子挤压铸坯内部未凝固的钢液造成液面波动综合作用的结果。结晶器液位波动的稳定性对板坯连铸过程的卷渣行为有直接影响。在工业板坯连铸生产实践中,一般在结晶器某一区域(比如结晶器中部)利用放射源或涡流传感器检测液位波动来代表该工况下的整体波动水平。利用三维气液两相流动的数学模型研究了浇铸参数对结晶器液位轮廓的影响,浇铸参数包括拉速、吹氩流量、浸入式水口出口角度和浇铸断面。研究结果表明,结晶器不同宽度位置的波动幅值差异较大,且与工艺参数密切相关。液面的波峰与波谷之差随着拉速的增加在窄面附近逐渐增大,随着吹氩流量的增加在水口附近逐渐增大。在水口出口角度15°条件下,水口和窄面附近的液位波动均较大,而在水口出口角度45°条件下,仅在水口附近存在较大的液位波动。研究结果表明,使用板坯连铸常规的15°浸入式水口,当铸坯宽度大于800 mm时,结晶器液面检测需要在水口和窄面附近同时布置液位检测设备,以便更全面反应结晶器的真实液面行为,使液面波动对轧板表面质量指导性增强,有效提高连铸工艺的控制水平。如使用45°浸入式水口可以继续沿用原有的液位检测布置。