包晶钢宽厚板坯连铸结晶器的热流密度与热行为

基于热电偶实测温度,建立了包晶钢宽厚板坯连铸结晶器有限元传热模型和热流密度非线性估算模型.应用模型反算获得包晶钢宽厚板坯结晶器的热流密度,在与热平衡计算得到的平均热流密度进行比较后,阐述了模型的有效性,并分析了实际生产条件下结晶器铜板的温度分布规律.结晶器宽面和窄面的平均热流密度分别为1.141和1.119 MW·m^-2.温度在靠近结晶器背面呈波浪形分布,最大温差为29.6℃,然而在远离背面位置,温度变化平缓.随距弯月面距离的增加,温度呈降低趋势,然而在距结晶器出口附近出现回温现象.同时宽厚板坯连铸结晶器的热流密度和温度分布均有别于传统板坯连铸.     

提高亚包晶钢板坯拉速对结晶器传热的影响

通过对提高亚包晶钢AQ钢种230 mm×1200 mm板坯拉速试验过程中结晶器冷却水参数、铜板测温等数据进行适时记录,并与数学模型及ANSYS商业软件相结合,研究了提高拉速对结晶器平均热流、局部热流、铜板温度场以及坯壳厚度的影响。结果表明,拉速由1.3m/min提高到1.5m/min时,平均热流增加0.1 MW/m²左右,宽边弯月面区域局部热流增加0.13 MW/m²,但均在合理范围内,这与采用高碱度高结晶温度的试验保护渣有关;结晶器窄/宽面平均热流比超过0.9,应适当减少结晶器锥度;宽面坯壳厚度平均减薄4 mm左右,应严格控制结晶器传热强度,以保证连铸工艺稳定和铸坯质量。     

马钢CSP工艺漏斗型结晶器铜板温度检测及传热分析

为了获得求解薄板坯流动、传热凝固模型的合理热流边界条件,并为揭示结晶器铜板及铸坯裂纹的形成机理提供参考依据,应用马钢薄板坯连铸机中结晶器温度监测软件在线采集了不同工况和不同时刻的铜板温度,分析了结晶器铜板温度的变化规律;在此基础上,结合实际冷却参数和铜板实测温度,计算了在不同拉速下浇注断面分别为1 275 mm×70 mm和1 525 mm×70 mm的SPHC钢种时的结晶器热流场。结果表明,相同条件下结晶器铜板温度和热流密度的分布具有相似的规律性,它们在结晶器纵向上呈逐渐下降趋势,而在横向上也存在明显的波动,靠近弯月面时这种波动尤为剧烈;采用相同水口和结晶器浇注宽度分别为1 275 mm和1 525 mm的铸坯时,结晶器铜板温度和热流密度在宽度方向上的分布总体上分别呈现为M和W形状,即铜板温度及热流密度的最高值分别位于铜板宽度方向的1/4处和中心线部位;拉速为4.5 m/min时,结晶器铜板最大热流密度可达到4.6MW/m2。     

基于热流密度分布模型的连铸倒角结晶器温度分布研究

基于热流密度分布模型,建立了全弧形板坯连铸机倒角结晶器窄面冷却水流动和铜板传热耦合的数学模型。采用多元回归的方法拟合得到描述连铸结晶器热流密度对结晶器高度的函数表达式。铜板表面沿拉坯方向的热流密度呈非线性分布,弯月面附近的热流密度先急剧增加然后迅速减小,在距离弯月面0.1 m处的热流密度达到最大值。模型计算结果表明,在结晶器距上口150～200 mm的铜板表面温度最高达到608～678 K,低于723 K的铬锆铜再结晶软化温度;尽管该区域铜板水缝的最高表面温度近420 K,但不影响整体传热。计算的铜板温度与热电偶测量值相吻合。     

薄板坯连铸结晶器铜板温度及热流密度分布

薄板坯连铸结晶器的传热过程直接影响到铜板的寿命,有必要研究薄板坯连铸结晶器的传热特征。为了研究薄板坯结晶器的热流密度,通过开发的结晶器温度监测软件检测了珠钢结晶器铜板的温度。根据在线实测的铜板温度以及薄板坯连铸机冷却参数,建立了薄板坯结晶器铜板传热模型,计算并验证了结晶器热流密度的分布函数,同时通过二次回归得出了结晶器热流密度与结晶器高度的关系式。结果表明,在宽度方向上铜板温度和热流密度的分布具有相似的规律性,距离弯月面越近,热流密度和温度的波动越大。弯月面处热流密度值大于4．2MW／m^2,是造成结晶器铜板被侵蚀的主要原因。     

薄板坯连铸结晶器热流分布研究

通过结晶器温度检测软件在线采集了武汉钢铁(集团)公司CSP结晶器铜板的温度,根据热电偶实测温度及连铸机冷却参数,计算了浇铸不同断面SPHC钢时不同拉速的热流值,并建立了结晶器热流的二维分布模型。结果表明,结晶器受水口射流影响,热流与温度在宽面横向分布很不均匀,表现出明显的双峰结构。相同工况条件下在铜板宽度方向上温度和热流密度分布具有相似性,距离弯月面越近,热流密度和温度的波动越大,弯月面处热流密度最大值达到4.6 MW/m2。     

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。     

珠钢薄板坯连铸结晶器传热特征的研究

薄板坯连铸结晶器的传热过程直接影响到铜板的寿命，因此有必要研究薄板坯连铸结晶器的传热特征。根据在线实测的铜板温度以及薄板坯连铸机冷却参数，建立了薄板坯结晶器铜板传热模型，计算并验证了结晶器热流密度的分布函数。结果表明，宽度方向上铜板温度和热流密度分布具有相似的规律性，距离弯月面越近，热流密度和温度的波动越大；弯月面处热流密度值超过4．4MW／m^2，结晶器热面温度高于铜的再结晶温度，这是造成结晶器铜板被侵蚀的主要原因。     

薄板连铸过程中铜结晶器的传热和机械行为分析

为预测薄板铸机铜结晶器的温度、变形和残余应力，开发了三维有限元热-应力模型。就外形而言，有两种型式的结晶器可实现高速浇涛：即管式结晶器和板式结晶器。薄板铸机结晶器的形状和高的烧铸速度使其铜板的温度较常规板坯结晶器的高，其寿命比常规板坯结晶器的短。本研究的目的在于调查薄板铸机结晶器的热流和形状对变形的影响。应用反向导热模型分析在浇铸现场测定的结晶器壁温度，以此计算出结晶器相应的热流分布，然后再用塑性-粘性-弹性模型分析结晶器的热流，以此计算出结晶器相应的热流分布，然后再用塑性-粘性-弹性模型分析结晶器的热流，以研究不同型式的在役结晶器的高精变形。模型预测到的结晶器温度和变形与实际观察到的相一致。在生产中，结晶器热面温度最高达430℃，使结晶器的铜板朝钢液弯曲，最大弯曲变形的约为0.3mm。这种变形恰好出现在结晶器宽面中心区域，且比常规板坯结晶器的变形量小。     

水口吹氩工艺参数对180mm×700mm板坯结晶器宽面含气率分布的影响

通过建立的6:10几何相似比的模拟180mm×700 mm板坯结晶器的水模型（108 mm×420mm）,使用数字图像处理技术,分析了水量2.54~3.16 m³/h,气量0.037~0.110 m³/h,滑板开口度51%~100%,水口浸入深度78~108 mm等参数对水口吹氩板坯结晶器水模型内宽面含气率分布的影响。结果表明,当水量3.16 m³/h（相当于原型1.50m³/h）,气量0.037 m³/h（原型0.120 m³/h）,水口底部形状为凹形,滑板开口度51%,水口浸入深度78 mm（原型130 mm）时,水模型内气泡分布相对均匀,有利于流场的改善和夹杂的上浮去除。180 mm×700mm铸坯的生产性试验表明,采用优化的参数生产的超低碳钢连铸坯中≥30μm的夹杂物量和夹杂物总量均显著降低。     

振动激发形核技术在45 t Q345B钢锭浇铸过程的应用

振动激发形核装置由激发形核棒、升降、测温、振动、冷却、减震等系统组成。在45 t Q345B钢扁锭浇铸过程,高度200mm振动激发形核棒置于铸锭中心处,插入钢液深度50~80mm。试验结果表明,(1)在模铸过程使用振动激发形核装置安全可靠;(2)冷却气体达到40 m³/h棒体表面有结壳现象,而当冷却气体液量在20 m³/h,棒体表面很光滑,合适的冷却气体流量为20~40 m³/h,激发形核棒表面和钢液间的温差为55~80 ℃;(3)通过探伤检测,振动处理板Ⅱ级合格,而未经振动处理的常规板有连续性缺陷,判定为不合格。     

含铌钢HRB400Nb 180 mm x 180 mm铸坯角部裂纹分析及改进工艺

通过对含铌钢HRB400Nb 180 mm×180 mm连铸坯产生的角部裂纹进行研究分析,结果表明,由于连铸冷却工艺、钢水氮含量和结晶器保护渣工艺控制不当易导致含铌钢铸坯角部沿晶开裂。通过工艺改进钢液氮含量由原（67～98）×10^-6降至（40～55）×10^-6,结晶器角部圆弧半径由8 mm调整为12 mm,结晶器冷却水量由150m³/h降至120m³/h,二冷比水量由1.35 L/kg降至1.1L/kg,二冷分配比由26:48:17:9调整为36:34:19:11,保护渣碱度由0.65调整为0.82、粘度由1.3 pa·s调整为0.69 pa·s、熔点由1260℃调整为1150℃等,有效解决了铸坯表面角部裂纹缺陷,保证了轧材的产品质量。     

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。     

板坯连铸结晶器倒角结构和锥度研究

针对板坯连铸铸坯常出现角部横裂纹缺陷,建立了板坯连铸结晶器与铸坯二维瞬态热力耦合有限元模型,研究了板坯结晶器窄面铜板在不同倒角结构和不同锥度情况下铸坯的凝固收缩行为,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230mm的铸坯,窄面铜板采用20mm～25mm ×45°;倒角及抛物线锥度时,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大大降低。     

连铸保护渣渣膜矿相结构对不同钢种板坯冶金质量的影响

使用偏光显微镜,系统对比分析了邯郸钢厂超低碳钢SPHC(0.020%~0.055%C,70 mm板坯保护渣/%:33.14SiO₂,3.86Al₂O₃,3.88MgO,31.52CaO,8.27K₂O+Na₂O,7.55F^-1,3.93C)、包晶钢SS400(0.18%~0.22%C,70 mm板坯保护渣/%:29.62SiO₂,4.63Al₂O₃,2.05MgO,35.86CaO,10.43 K₂O+Na₂O,7.55F^-1,3.93C)和Ti微合金钢Q345B(0.15%~0.19C,0.04%~0.05%Ti,260 mm板坯保护渣/%:31.10SiO₂,5.21Al₂O₃,5.07MgO,35.46CaO,6.22K₂O+Na₂O,6.96F^-1,6.96C)对应的渣膜的矿相组成、结晶率和显微结构。结果表明,3种渣膜从铸坯至结晶器侧均呈现"结晶层-玻璃层"交替结构。SPHC钢渣膜有90%~95%的玻璃相,结晶相仅出现少量枪晶石,低结晶率有利于其润滑铸坯;SS400钢渣膜结晶率为55%~60%,析出较多的枪晶石和部分黄长石,有利于控制铸坯传热;Ti微合金钢Q345B渣膜结晶率略高于SS400钢,析出的黄长石、枪晶石和硅灰石能同时满足连铸对其润滑和控制传热的需求,可得到良好的铸坯质量。