方坯轴承钢连铸过程中凝固行为

为了解轴承钢连铸过程中连铸坯的凝固传热过程,采用射钉试验和数值模拟相结合的方法,研究了不同拉速对连铸坯液芯长度及中心固相率的影响,探究了连铸坯坯壳厚度生长规律。通过射钉试验对数值模拟结果的验证表明,该数值模拟采用的凝固传热模型可以较准确地描述铸坯的凝固行为。研究表明,拉速越大,相同位置处连铸坯坯壳厚度越小,液芯长度越长,中心固相率越小,为末端电磁搅拌(F-EMS)安装位置提供了可靠依据。     

水平连铸40Cr圆坯凝固特性的研究

以40Cr圆坯水平连铸工艺为研究对象,采用射钉试验、红外测温试验、硫印试验及酸浸低倍试验研究了40Cr圆坯的凝固传热过程.通过本研究得出40Cr圆坯在拉速V=1.99(m/min),浇注温度T=1544℃,中间包过热度AT=52℃的拉坯参数下,钢坯的液芯长度为L=17.47m,铸坯的中心疏松为1.5级,中心裂纹为1.5级.试验结果表明,射钉法可以有效分析连铸坯的凝固传热过程,为高效连铸生产提供可靠的理论参考.     

珠钢CSP薄板坯凝固层厚度研究

结合珠钢生产实际情况，采用射钉法来测定二冷区不同位置的凝固坯壳厚度，试验结果表明，4．8m／min拉速下铸坯液芯长度为4820mm，4．5m／min拉速下铸坯液芯为4490mm，两种拉速下连铸坯坯壳厚度的实际测量结果与凝固传热模型计算结果一致。整个凝固过程坯壳厚度生长符合平方根定律。     

高拉速下凝固进程的试验测量与模型预测

 根据京唐高拉速试验特点,结合板坯连铸机设备和洁净钢连铸工艺特点和要求,建立连铸板坯凝固传热模型并结合射钉法测量综合预测了1.9～2.4 m/min高拉速条件下铸坯的凝固坯壳厚度和凝固终点位置。综合研究表明,结合射钉试验和数值模拟能更精确跟踪铸坯的凝固进程,为高拉速试验提供准确的凝固信息,并能为评价连铸机综合冷却能力、优化二冷制度和轻压下工艺提供合理的参考信息。     

二冷强度对连铸小方坯凝固过程影响规律的数模研究

针对连铸小方坯的中心疏松等质量缺陷,建立了凝固传热数学模型,以研究二冷强度对连铸小方坯凝固过程的影响规律,优化二冷制度,改善铸坯质量.本文基于射钉和测温实验所建立的小方坯凝固传热模型精细度较高,用此模型深入研究二冷喷嘴的数量和喷射范围对小方坯凝固传热的影响;经验证,模拟结果与实测结果误差在1.7%以内.利用该模型定量分析了二冷强度对铸坯温度,凝固坯壳厚度和凝固终点的影响规律.结果表明,随着二冷强度的增大,二冷区内的铸坯表面中心温度降低,而进入空冷区后则逐渐趋于一致.二冷强度每增加10%,足辊段出口处温度平均降低8℃,二冷一段出口处温度平均降低10.75℃,二冷二段出口处温度平均降低10.75℃,二冷三段出口处温度平均降低9.75℃,铸坯凝固终点缩短约0.168 m.     

基于Fluent对水平连铸结晶器温度场分布及传热的研究

以水平连铸圆坯连铸生产工艺为研究对象,采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验共同研究了管坯在不同拉坯工艺条件下,结晶器内的温度场分布与凝固传热过程,并对不同拉坯参数下铸坯试样进行了检测分析。研究发现：水平连铸拉坯工艺参数：拉速V=2．13m／min,浇注温度T=1544℃,中间包过热度△T=40℃的拉坯参数下,结晶器内的温度场分布均匀稳定,铸坯质量好,产量高。研究表明,采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验可以有效分析在不同拉坯工艺条件下水平连铸结晶器内的温度场分布及凝固传热过程,并进一步制定合理的拉坯工艺参数,降低管坯质量缺陷的发生,提高铸坯质量。     

80钢方坯连铸凝固末端位置研究

为得到方坯连铸凝固末端的准确信息,采用数值模拟的方法对液芯长度进行了计算,并通过射钉实试验对结果进行了验证,结果表明,该模型可较好的反映实际连铸凝固传热过程,当拉速为1.3 m/s时,铸坯的液芯长度为21.1 m;拉速为1.25 m/s时,铸坯的液芯长度为20.2 m。拉速越大,凝固末端越靠后。     

水平连铸36Mn2V凝固传热过程的Fluent数值模拟

以水平连铸36Mn2V圆坯结晶器内温度场分布为研究对象,采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验共同研究了36Mn2V管坯在不同拉坯工艺条件下,结晶器内36Mn2V钢液温度场分布及凝固传热过程,并对不同拉坯参数下铸坯试样进行了检测分析.研究发现:水平连铸拉坯工艺参数:拉速V=2.2(m/min),中间包过热度ΔT=38℃的拉坯参数下,结晶器内的温度场分布均匀稳定,铸坯质量好,产量高.研究表明,采用Fluent数值模拟软件凝固传热模型并结合射钉试验可以有效分析在不同拉坯工艺条件下水平连铸结晶器内的温度场分布及凝固传热过程,并进一步制定合理的拉坯工艺参数,降低管坯质量缺陷的发生,提高铸坯质量.     

轻压下对82B钢矩形坯内部质量的影响

为确定矩形断面180 mm×240 mm高碳钢82B连铸坯轻压下的压下位置,利用有限元软件ProCAST建立了连铸坯凝固传热模型。在不同拉速和比水量下,利用射钉和红外测温验证了模型的准确性。工业试验结果表明,轻压下连铸坯中心疏松和缩孔都得到了明显改善,中心疏松1级比例由55%提高到77%,缩孔评级不大于0.5级比例由45%提高到90%;轻压下显著改善铸坯V形偏析;铸坯中心平均碳偏析指数由1.17降到1.07,最大碳偏析指数由1.27降到1.15。     

凝固末端电磁搅拌和轻压下复合技术对大方坯高碳钢偏析和中心缩孔的影响

基于ANSYS软件建立了310 mm×360 mm断面大方坯连铸过程二维凝固传热数学模型,并采用窄面射钉试验及铸坯表面测温试验对模型的准确性进行了验证.通过模型研究了过热度、拉速和二冷比水量对铸坯中心固相率以及凝固坯壳分布的影响,并结合高碳耐磨球钢BU的高温拉伸试验结果,确定了最佳的拉速以及最优轻压下压下区间要求.通过工业试验对理论模型进行了验证,并分析研究了拉速对采用凝固末端电磁搅拌(F-EMS)以及凝固末端17 mm大压下量的轻压下技术生产310 mm×360 mm断面大方坯高碳耐磨球钢BU铸坯的偏析和中心缩孔的影响.结果表明:采用凝固末端电磁搅拌和轻压下复合技术,通过调整拉速优先满足轻压下压下区间要求,可显著降低中心偏析、V型偏析及中心缩孔,但如果仅达到凝固末端电磁搅拌位置要求时,则铸坯中心质量不会得到明显改善.拉速为0.52 m·min-1且轻压下压下区间铸坯中心固相率为0.30~0.75时,偏析和中心缩孔有很大程度的改善,不合理的压下量分配会引起铸坯出现内裂纹以及中心负偏析.      

Heat Transfer and Central Segregation of Continuously Cast High Carbon Steel Billet

A numerical model of heat transfer was developed to investigate the heat transfer of continuously cast billet with the aid of surface temperature tests by ThermaCAMTM researcher and nail shooting experiments. The effects of secondary cooling practice and casting speed on the solidification process and central segregation of carbon were investigated as well with the actual central segregation tests. The results show that the surface center and billet center temperatures exhibit a different pattern during solidification, and the solidified shell thickness is presented as an ＂S＂ type. With the increase of secondary cooling intensity and the decrease of casting speed, the end points of the solidus line and the liquidus line move forward, and the central segregation level of carbon decreases. The optimal casting condition is suggested for continuously cast high carbon billet with F-EMS （final electromagnetic stirring）.     

邯钢中碳微合金钢板坯轻压下位置优化

板坯连铸轻压下实施过程中,合理的压下参数是影响铸坯内部质量的决定性因素。根据邯钢中碳微合金钢板坯连铸生产条件,建立凝固传热模型,结合板坯射钉试验研究,预测其凝固进程和压下位置。在此基础上,开展轻压下工业试验,分析了压下位置对铸坯中心偏析的影响。结果表明,在拉速为0.85 m/min、过热度为20～30 ℃、二冷比水量为0.59 L/kg的条件下,邯钢中碳微合金钢板坯连铸压下区间中心固相率为0.2～0.7,对应位置为16.42～21.62 m,位于7～9号扇形段内。与采用6～8号扇形段压下相比,优化方案明显改善了板坯中心偏析和疏松,东西两侧不均匀偏析和横截面V型偏析显著减弱。     

电磁搅拌对石油管用圆坯内部质量的改善

针对P110级石油管用圆坯27Mn2Cr钢连铸坯凝固组织差、中心缩孔严重等缺陷,结合实际生产工艺进行分析,发现不适宜的电磁搅拌工艺及与拉速匹配性差是引起上述问题的主要原因。因此,对结晶器和末端电搅强度进行测量及优化,同时建立?220 mm规格圆坯凝固传热模型,以确定合理的连铸机拉速。通过分析表明,拉速由1.30 m/min提高至1.70 m/min并搭配合理的电搅工艺,铸坯中心等轴晶所占比例由16%提高至25%,中心缩孔消失;同时铸坯内部碳偏析指数范围由0.938~1.062缩小至0.951~1.038,改善了石油套管用圆坯的内部质量。     

Dynamic Water Modeling and Application of Billet Continuous Casting

The continuous casting process is used for solidifying molten steel into semi-finished steel.The technology of secondary cooling is extremely important for output of the casting machine and billet quality.A dynamic water model was introduced,including solidification model in the secondary cooling,feedforward control strategy based on continuous temperature measurement in tundish,and feedback control strategy based on surface temperature measurement.The mathematical model of solidification process was developed according to the principle of solidification,and the solidification model was validated by measuring billet shell thickness through shooting nail and sulfur print.Primary water distribution was calculated by the solidification model according to procedure parameters,and it was adjusted by the other two control strategies online.The model was applied on some caster and billet quality was obviously improved,indicating that the dynamic water model is better than conventional ones.     

小方坯齿轮钢连铸过程中的宏观偏析模拟

基于国内某厂齿轮钢小方坯连铸生产过程,利用ProCAST软件建立移动切片模型,能够高效模拟连铸过程中的宏观偏析,模型分别模拟研究了不同过热度、二冷水量和拉坯速度等对宏观偏析的影响。模拟结果与碳偏析检测结果吻合良好,验证了移动切片模型模拟连铸坯宏观偏析的准确性。由于溶质浮力的影响,内弧侧的宏观偏析强于外弧侧。随着过热度的增加,铸坯中心碳偏析度从1.06增加至1.15。过热度控制在25 ℃范围内,可以保证铸坯的宏观碳偏析度控制在1.10范围内。随着连铸二冷水量的增加,铸坯中心偏析改善程度较小,铸坯中心碳偏析度从1.16降低至1.13。随着拉坯速度的增加,铸坯中心偏析呈现加重的趋势,铸坯中心碳偏析度由1.14增加至1.21,拉坯速度控制在1.4 m·min–1范围内,可保证铸坯中心碳偏析度低于1.15。      

350mm×470mm矩形坯连铸生产轴承钢的凝固末端

确定轴承钢在连铸坯凝固末端的位置,对于轴承钢轻压下工艺的合理制定、改善铸坯的中心疏松及中心偏析等缺陷具有至关重要的意义。首先,采用二维非稳态传热方程,结合本钢350mm×470mm矩形坯铸机自身特点,建立了矩形坯凝固模型。其次,通过射钉试验,取片做硫印,来标定生产状态下不同位置的坯壳厚度。最后,对铸坯的表面温度进行了实际测定。研究结果表明,射钉硫印测量的坯壳厚度、实测的铸坯表面温度都与凝固模型的计算结果相近,实际生产过程中,完全可以采用该模型来理论计算铸坯凝固末端,为轻压下工艺提供理论依据。     

降低高碳钢连铸小方坯中心偏析的研究

通过建立连铸小方坯凝同传热的数学模型，对实际生产中的小方坯凝固状况进行了模拟，发现原配水条件下铸坯表面温度波动大，并针对生产中连铸坯中心碳偏析较大的问题，对二冷水进行了优化。优化配水后的工业试验结果表明，通过凝固模型计算优化后的二冷配水可以降低中心碳偏析，提高连铸坯低倍质量。     

方坯高效连铸新型结晶器传热分析与应用

提出了方坯高效连铸结晶器有效结构形式,并通过ansys有限元软件,建立高效连铸结晶器与传统结晶器铜管的传热模型,并对其凝固传热以及温度场进行计算对比,重点讨论不同结构形式的结晶器在传热效率及传热均匀性方面的差异,并讨论其对高拉速下坯壳凝固的影响。结果表明,高效结晶器可以使得结晶器的传热效率提高7.8%,并且使得结晶器铜管热面最高温度降低100℃,热面温差降低到5℃以下。作者根据该理论,通过有限元优化设计,设计制造出方坯高效连铸结晶器,并应用于某钢厂155mm方断面的铸机上,稳定生产拉速达到4m/min,最大拉速达到4.46m/min。     

低温度梯度结晶器的传热分析及工业应用试验

 结晶器内钢液凝固前沿温度梯度的降低可以阻碍柱状晶的生长、促进柱状晶向等轴晶的转变和提高等轴晶率,从而有利于铸坯组织的均质化。基于上述原理和结晶器传热计算,设计和制造了可用于降低钢液凝固前沿温度梯度的带隔热镀层的新型结晶器,并在方坯连铸机上进行了工业试验,分析了其对方坯凝固组织的影响。结果表明,低温度梯度结晶器可满足连铸生产要求;与传统结晶器相比,低温度梯度结晶器出口铸坯表面温度提高了108℃,相近拉速下该结晶器的平均热流密度相对更低,表明其减缓了钢液在凝固初期的传热,从而降低了凝固前沿的温度梯度;通过与低过热度、电磁搅拌技术相结合,低温度梯度结晶器生产的铸坯等轴晶率提高了8%～13%,中心偏析和缩孔严重程度明显降低。     

37Mn2钢连铸圆坯的二次冷却制度

 根据钢种的高温力学性能和冶金准则,确定铸坯表面温度,制定相应的二次冷却制度,通过建立的数学传热模型对铸坯温度、凝壳厚度进行仿真计算,加以验算优化,获得最佳的二冷区冷却水量。以37Mn2钢为研究对象,结合攀钢圆坯连铸机情况,建立了与之相适应的二次冷却制度,并应用于攀钢连铸生产。实践结果表明：铸坯各控制点的实测温度与模型计算温度一致,铸坯在矫直区的温度大于950℃,所生产的圆坯中间裂纹、中心裂纹、内裂、一般疏松等质量缺陷全部评级为0,缩孔、中心疏松、中心偏析最大为1.5,满足后步工序的要求。