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2024年 43卷 1期
刊出日期：2024-02-20
综合论述
专题研究
技术交流
综合论述
1
程挺, 杨丽, 仇灏, 李通, 刘和平, 孟华栋
电弧炉炼钢气体搅拌数值模拟技术发展现状与趋势
数值模拟已成为解析电弧炉炼钢过程中复杂物理化学现象及其作用机理的有效手段。对电弧炉炼钢气体搅拌数值模拟的研究现状进行了综合评述,从集束射流特性、电弧炉侧吹以及电弧炉底吹三个方面综述了气体搅拌技术对电弧炉炼钢工艺中流动、传热以及化学反应等行为的影响。分析了影响集束射流喷吹特性的关键因素;讨论了电弧炉侧吹射流搅拌熔池的特征规律;评述了电弧炉底吹工艺下熔池行为的模拟现状。最后,提出了电弧炉炼钢气体搅拌数值模拟技术的未来发展趋势。
2024 Vol. 43 (1): 1-8 [
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9
邵凯旋, 白晓路, 蒋鹏, 王海军, 从俊强, 仇圣桃
不同燃烧介质在连铸坯切割生产中的应用
在双碳政策背景下,众多钢铁企业与科研院所积极开展低成本、高效率、环保型钢铁生产技术。铸坯火焰切割作为连铸生产的配套工序之一,受到了众多企业和研究人员的关注。高效节能的切割技术与环保的切割方式将是未来火焰切割发展的主要方向。基于现实需求,归纳总结了火焰切割中不同燃烧介质的切割原理,对比分析了不同切割介质切割成本、切割质量(切割缝隙、切割面平整度和挂渣量)、切割效率,综述了国内外钢铁企业、科研院所在连铸坯火焰切割方面的研究进展。并在此基础上,结合笔者团队研发的智控氢氧切割技术指出了当前铸坯氢氧火焰切割存在的不足与未来发展趋势。
2024 Vol. 43 (1): 9-17 [
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专题研究
18
陆靖洲, 潘伟明, 窦坤, 王万林, 周乐君
板坯连铸过程结晶器水口优化数值模拟
为了优化板坯连铸过程结晶器水口以抑制卷渣的发生,利用ProCAST有限元软件建立不锈钢板坯连铸结晶器三维模型来研究结晶器水口优化方法。通过实验室黏度仪测量保护渣性能参数带入卷渣临界表面流速经验公式,得到易发生卷渣的钢液临界表面流速。数值模拟计算优化前与优化后的钢液临界表面流速以及结晶器流场、温度场。钢液卷渣临界表面流速理论值为0.35 m/s。数值模拟结果表明,中孔直径从55 mm增大到60 mm,侧孔倾角从8°降低到6°,四尺铸坯钢液临界表面流速值从0.347 m/s降低到0.296 m/s,五尺铸坯从0.351 m/s 降低到0.323 m/s。优化参数下的钢液上表面流速适宜,结晶器流场和温度场合理,利于保护渣熔化,坯壳润滑效果好,能有效抑制卷渣发生。因此板坯连铸结晶器水口可按此参数优化。
2024 Vol. 43 (1): 18-25 [
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26
高江, 王乐瑶, 杨文, 张立峰, 李权辉, 李明
铝脱氧钙处理结构钢凝固冷却过程夹杂物的转变
为了研究铝脱氧钙处理钢凝固冷却过程夹杂物的转变机理及影响因素,通过对S335结构钢中间包钢液和连铸坯取样,分析了不同洁净度钢中夹杂物的转变现象。结果表明,从中间包钢液到连铸坯夹杂物发生了由均相CaO-Al
2
O
3
向多相Al
2
O
3
+CaS的转变,同时伴随着夹杂物数量和尺寸的增加。通过热力学计算揭示了钢凝固冷却过程夹杂物的转变机理,并发现随着钢中
w
(T.[Ca])/
w
(T.[O])的减小和
w
(T.[O])/
w
(T.[S])的增大,钢液夹杂物中CaO质量分数减小,同时凝固冷却过程夹杂物中CaS的析出温度和析出量均减小。基于钢凝固冷却过程夹杂物的转变现象可知,在分析钢液中夹杂物成分时,须在取出钢水试样后进行快速冷却,以避免凝固冷却过程中夹杂物发生转变,提高检测的准确性。
2024 Vol. 43 (1): 26-31 [
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32
江野, 李明, 吴建永, 毛乃旭, 宋思程, 孙彦辉
四流大圆坯中间包挡墙优化
为了解决某钢厂在生产条件欠佳时中间两流的铸坯质量明显低于边部两流的问题,提高中间包的各流一致性及减少中间包的死区比例,在同一个挡墙上设计了3种开孔方式,并通过水模型物理试验获得了各方案的时间停留分布(RTD)曲线。经过分析RTD曲线获得了各方案对应的死区、活塞流区及全混流区比例。同时综合考虑RTD曲线的尖峰和各流间的一致性,获得了最优的生产方案。研究结果表明,侧边单孔的方案B1流场最优,其孔径为140 mm,竖直角度为20°。其两流流动一致性很好,死区比例为19.95%,且RTD曲线无尖峰及双峰。
2024 Vol. 43 (1): 32-37 [
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38
龙鹄, 丘文生, 刘栋, 郭峻宇, 李富强, 刘志龙
钙处理铝镇静钢连铸锆质水口堵塞机理分析
钙处理是减少铝镇静钢水口堵塞的重要手段,然而生产时钙处理后仍有堵塞发生。为了明确铝镇静钢钙处理后在连铸过程堵塞锆质水口的机理,采用扫描电镜分别对水口各部位蓄积物以及钢材拉拔断裂后芯部裂纹源处大尺寸夹杂物的形貌特征、成分及元素分布进行检测分析。研究发现,在水口不同部位蓄积物及轧材芯部大尺寸夹杂物的成分均以CaO-MgO-Al
2
O
3
为主,并含少量ZrO
2
,质量分数为1%～3%。分析其机理为钢中存在大量高熔点复合钙铝酸盐类夹杂,Al
2
O
3
质量分数大于75%,浇注时容易在水口蓄积,而同时水口碗部所含ZrO
2
、SiO
2
与石墨C发生还原反应,产生了SiO、ZrO等气体,往外扩散至蓄积的钙镁铝酸盐夹杂物内,形成含ZrO
2
的复合蓄积物。蓄积物进一步熔损、脱落,部分在水口内壁蓄积,部分则进入到钢液中,在凝固过程进一步聚集成大尺寸夹杂。减少连铸过程水口堵塞的关键是提高钢水洁净度,适当降低钢中Als、Ca含量以减少钢中夹杂物尤其是钙铝酸盐类夹杂物数量,同时对水口材质性能进行优化降低其反应性。
2024 Vol. 43 (1): 38-45 [
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46
连天龙, 何博, 王文学, 候凯凯
板坯连铸中间包的流场和夹杂物模拟
中间包作为连铸生产的中间环节,使钢液的浇注由间歇操作转为连续操作,其作为冶金反应容器是提高钢产量和质量的重要环节。对案例中间包的外形提出了多种优化方案,然后通过模拟计算,研究了不同方案下的夹杂物去除率、RTD曲线数据、速度场和温度场的规律,对提出的方案进行优劣评价,并提出最优的改进方案。最后,提出的一些技术措施为钢铁生产企业提高产品质量提供一定的参考和指导。
2024 Vol. 43 (1): 46-54 [
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55
曹龙琼, 夏金魁, 金海兵, 严敏, 王子贤, 张立强
300 mm厚度宽断面普板轧制后偏离角边部裂纹控制实践
鄂钢的板坯铸造设备自投产以来已超过十年,但从2020年下半年开始,300 mm厚度的板坯断断续续轧制出距平均边部50~100 mm偏离角边部裂纹,300 mm厚轧制的钢板边裂比例高达19.8%,导致大量板坯无法通过边部切削处理后作为毛边板进行交付。通过多轮试验及分析找出关键因素,认为钢种成分、N含量对钢板裂纹的形成有一定的影响,通过修改工艺参数,钢水成分、控制氮含量,使300 mm厚度毛边板边部偏离角边部裂纹基本消失,边部裂纹控制在2%以下。
2024 Vol. 43 (1): 55-61 [
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技术交流
62
李生存, 缪成亮, 田贵昌
短流程连铸连轧低碳钢组织均匀性控制
连铸连轧短流程产线生产的厚度2.0 mm及以下薄规格低碳钢产品市场需求量大,但受轧制工艺、设备能力等因素的影响,组织均匀性差,进而影响产品性能。针对铁素体轧制工艺生产的低碳钢组织不均匀问题,开展了相关成因分析,发现随着厚度减薄,带钢组织不均匀现象逐渐加剧,厚度为1.8 mm的带钢组织均匀,但从1.5 mm开始便出现组织不均匀现象,当厚度减薄到1.3 mm时组织明显分层现象,厚度减薄到1.1 mm时,分层逐渐加剧,呈现明显的“三明治”结构。通过层冷段采取空冷方式、投入保温罩设备,将卷取温度从650 ℃提高到680 ℃;通过减少中间坯厚度、使用70%~85%的压下率等措施,使得组织均匀性得到明显改善,性能同之前相比较,屈服降低3%~5%,抗拉强度降低3%以内,伸长率提高12%~29%。
2024 Vol. 43 (1): 62-66 [
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67
李哲, 杨晓江, 田伟, 张大勇, 肖鹏程, 李红斌
包晶高铝钢590DH连铸工艺优化
590DH属于包晶高铝钢,兼具有包晶钢和高铝钢的技术难点。投产初期,浇铸过程粘结报警频繁,连铸坯纵裂纹时有发生,伴有角部横裂纹。通过在保护渣中加入Li
2
O、提高碱度和降低碳含量,改善了保护渣的传热与润滑效果。将浸入式水口倾角向下25°改为15°,浸入式水口插入深度由135 mm提升至120 mm,优化连铸机拉速,活跃了结晶器液面,促进了保护渣的熔化,改善了保护渣的流入。通过以上措施的实施,提高了保护渣的稳定性、改善传热以及润滑效果,解决了浇钢过程的粘结报警问题,消除了纵裂纹,改善了连铸坯表面质量。
2024 Vol. 43 (1): 67-72 [
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73
叶高旗, 韩小强, 李升, 马云飞
Q235B钢种中宽带边裂缺陷的原因分析与改进
对连铸坯的跟踪轧制发现热轧带钢卷上边裂的分布规律与连铸坯横向角部裂纹的分布非常吻合。能谱分析发现非常典型的连铸保护渣成分K、Na等元素,证明缺陷起源于连铸机的结晶器内。以Q235B钢水为例,调整碳质量分数在0.15%~0.20%、
w
([Mn])/
w
([S])＞20标准范围。避开碳含量和
w
([Mn])/
w
([S])的裂纹敏感区域,降低碳含量和
w
([Mn])/
w
([S])的裂纹敏感区域内炉次所占比例和调整连铸结晶器足辊开口度值为0 mm、0.4 mm、0.8 mm;结晶器内外弧足辊和扇形段辊子采用两侧和中间三点检验,每个检验点检测4组数值,检验控制标准(1±0.15)mm;连铸结晶器水口插入深度调整为120~150 mm等综合因素的优化改进,大大降低了热轧钢带卷边裂产生的概率,边裂率由原来的0.46%降到0.04%。
2024 Vol. 43 (1): 73-77 [
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78
康伟, 栗红, 廖相巍, 朱晓雷, 杨骥
夹杂物控制与去除技术在鞍钢的应用发展
夹杂物对于钢材性能和表面质量有着重要影响,为丰富和推进夹杂物控制与去除技术的发展实践,进行了多种尝试和研究。向钢液中喷吹超细CaO粉剂、加入超细粉剂复合球用于夹杂物影响研究,中间包钢液喷入超细CaO粉剂和RH加入复合球的工业应用研究,钢液喷吹超细CaO粉剂、加入复合球试验室研究表明,在钢液中形成呈圆状的复合夹杂物,大部分聚集上浮排出钢液,起到了夹杂物去除、净化钢液的作用;EH36钢中间包喷入超细CaO粉剂后,铸坯中夹杂物以2 μm左右的圆形夹杂物为主,夹杂物的数密度和面积分数明显少于未喷粉罐;汽车板钢RH精炼加入复合球后,钢水中T.[O]值显著降低,中间包和铸坯T.[O]质量分数最低可达0.001 3%和0.000 5%。
2024 Vol. 43 (1): 78-84 [
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85
程洪波
炼钢金属料耗的极限研究与控制
为了有效降低转炉金属料等资源消耗,通过研究影响转炉金属料消耗的主要因素,提出降低金属料损耗的方案,并在炼钢生产中付诸应用实践。通过研究采用炼钢动态调整转炉原辅料结构,增加含铁物料应用,优化冶炼工艺、造渣工艺、终点控制、连铸生产等环节生产工艺及技术,强化转炉过程冶炼控制,可逐步实现金属料消耗极限控制。经实践,2022年,转炉金属料消耗降低2.24 kg/t,有效减少了钢铁料消耗,降低了炼钢生产成本,取得良好的经济效益。
2024 Vol. 43 (1): 85-92 [
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