430不锈钢用连铸保护渣渣圈形成长大机理分析和控制措施

针对430不锈钢(0.03～0.04C,16～17Cr)生产过程中渣圈粗大的问题,利用电感耦合等离子体发射光谱仪、半球点熔点仪、粘度仪等设备对比分析了保护渣与渣圈的化学成分与理化性能,通过电子探针观测渣圈的微观结构,探究渣圈形成长大的机理。研究发现：除渣圈C含量0.53%和原渣C含量2.87%外渣圈成分与原渣无明显变化,但粘度与熔点均有所降低,渣圈约70%的区域由烧结相构成,其余30%为结晶相,主要由枪晶石与黄长石构成。烧结相的大量粘结是渣圈形成长大的主要原因。提高保护渣中预熔料比例至70%～80%及炭黑含量≥2%,并在生产中进一步稳定保护渣熔化过程,可有效抑制渣圈长大。     

方坯表面纵裂的数值模拟研究

针对ER80-G钢165 mm×165 mm方坯纵裂问题,基于连铸坯壳应力遗传特性,采用有限元软件ANSYS建立二维方坯热力耦合分析模型,对结晶器锥度进行了优化分析。结果表明:原结晶器锥度小,导致"热点"区域坯壳生长减缓;保护渣转折温度高,加剧了气隙影响。原结晶器角部区域最大气隙1.46 mm,坯壳表面温度最高差值130℃,"热点"区域比表面中心坯壳厚度减薄1.5 mm。通过锥度优化消除了热点现象,结晶器出口处距角部15 mm区域坯壳厚度由12.3 mm增加到19 mm;同时将保护渣转折温度由1 200℃调整到了1 050～1 100℃,促进坯壳与结晶器之间的润滑,裂纹发生率由2%下降到0.46%。     

连铸圆坯结晶器锥度优化设计研究

基于圆坯轴对称性和坯壳应力遗传特性,建立二维纵向切片热力耦合模型,利用有限元软件ANSYS对结晶器内铸坯传热及应力进行分析。根据结晶器内坯壳的收缩以及气隙的分布,依据最小气隙原则对结晶器锥度进行优化。经过三次优化计算,得到Q195钢圆坯结晶器锥度曲线。优化后的圆坯结晶器内腔呈抛物线形状,总锥度1.88%/m。在分析工艺条件下,使最大气隙降低为0.021 mm。     

方坯连铸结晶器三维热力耦合分析

采用ANSYS软件建立方坯连铸结晶器三维热力耦合模型,利用节点温度传递法模拟拉坯过程,对模型进行分析。通过瞬态分析得出结晶器铜壁和铸坯的三维稳态温度场,以铜壁温度场为热载荷,通过间接耦合方法分析结晶器铜壁受力状态。结果表明:铜壁最高温度点出现在结晶器热面中心距顶端约150 mm处(距弯月面约50 mm),最高温度142℃低于铜壁再结晶温度;铜壁热面最大位移出现在距铜壁顶端200 mm区域(弯月面下100 mm区域)角部位移为0. 112 mm;在弯月面附近等效应力达到最大值,从等效应力来看,整体应力值都在结晶器应力屈服强度之内,因此结晶器不会永久变形。     

65Mn钢冷轧起皮缺陷分析与控制

对65Mn钢在轧制过程中起皮缺陷部位进行扫描电镜、金相检验等分析,确定其产生原因。结果表明:铸坯中裂纹是导致长条断续状冷轧起皮缺陷产生的主要原因;气泡和针孔缺陷是导致点状冷轧起皮缺陷产生的主要原因。主要通过优化连铸生产工艺,降低铸坯中裂纹、气泡和针孔缺陷的发生,最终使长条断续状起皮缺陷从1.7%降低到0.04%,点状起皮缺陷得到完全控制,使产品质量得到用户认可。     

高炉渣皮厚度的传热分析

通过有限元软件ANSYS建立高炉冷却壁三维传热模型,利用单元生死技术创立渣皮熔化迭代方法,分析稳态下工艺参数对渣皮厚度的影响.分析结果表明:高炉内炉气温度对渣皮厚度的影响最显著,而冷却水水速影响很小;降低冷却壁气隙宽度可以有效改善高温炉气下的挂渣情况;冷却壁上的渣皮厚度与冷却壁热电偶测定点温度及热负荷之间存在明显的对应关系.采用熔化迭代方法建立的数学模型优化了冷却壁传热分析,能够直接计算不同条件下高炉冷却壁上渣皮厚度.     

基于遗传特性的坯壳应力场分析

在考虑连铸坯壳应力遗传特性的基础上,建立了结晶器内坯壳的二维应力分析模型,利用ANSYS的初应力方法实现了坯壳应力遗传行为.分析结果表明:与传统应力模型的分析结果相比,遗传分析模型计算的坯壳位移和应力分布规律基本相同.应力遗传方法得到的应力值明显较高,在铸坯中部和角部,坯壳等效应力最大值分别高出12%和70%.     

高炉铜冷却壁渣皮生长传热分析

建立了高炉铜冷却壁非稳态传热分析模型,利用ANSYS单元生死技术模拟了冷却壁表面的渣皮再生行为,分析了渣皮脱落后的生长规律及壁体温度和热负荷的变化过程。结果表明,渣皮生长遵循幂函数规律。经过计算,渣皮脱落0.9 min时铜壁测量点温度达到最高值59℃,经过23.5 min趋于稳定。铜冷却壁承受的最高热负荷为107.8 kW/m2,热面最高温度达到123℃。     

铜钢复合冷却壁稳态传热分析

建立了铜钢复合冷却壁的稳态传热模型,利用ANSYS单元生死方法模拟冷却壁表面渣皮熔化行为,分析冷却壁温度分布、渣皮厚度及热负荷。结果表明:复合冷却壁附近炉气温度是影响其传热行为和渣皮厚度的主要因素;渣皮在冷却壁表面分布不均匀,随着炉气温度升高渣皮不均匀性逐渐增加;提高水速和全铜质壁体可以有效降低壁体温度,但对热负荷、渣皮厚度影响较小;在炉气温度1 200~1 400℃范围内,复合冷却壁的铜壁最高温度为125℃,承受热负荷达到82.8 kW/m2,能够满足高炉高负荷区的冷却要求。     

漏斗形薄板坯结晶器内铸坯传热分析

 为了更好地研究FTSC结晶器内铸坯的凝固过程,基于节点温度传递方法建立薄板坯结晶器内铸坯三维瞬态传热数值模型,采用有限元软件ANSYS模拟结晶器内铸坯三维稳态温度场。对比分析平板形及漏斗形结晶器内铸坯传热规律,探讨了漏斗区传热特点。结果表明,漏斗区内钢水存储空间增大,总热容量增加,漏斗区铸坯宽面表面中心温度升高,坯壳厚度减薄。FTSC结晶器宽面出口温度、坯壳厚度连续变化,与漏斗形布置一致。