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2021年 40卷 5期
刊出日期:2021-10-18

连铸工艺
连铸设备
铸坯质量
综合论述
行业信息
   
1 王敏, 艾新港
序言
2021 Vol. 40 (5): 1-1 [摘要] ( 89 ) [HTML 1KB] [PDF 302KB] ( 234 )
综合论述
2 包燕平, 王敏
中间包冶金技术发展趋势
中间包是钢水凝固之前的最后一个耐火材料容器,是由间歇操作转向连续操作的衔接点,也是连铸的起点,在连铸过程中起着缓冲、减压、分流、连浇、净化和保护钢液、改善凝固组织、促进钢液均匀性等作用。伴随着高品质钢对洁净度和质量要求的提升,中间包冶金的功能越来越重要,中间包冶金技术的发展正是围绕着不断拓展和完善中间包冶金功能展开的,其核心目标是完成对凝固前钢液的充分净化,实现连铸的恒温、低过热度浇注。综述总结了中间包冶金功能实现的技术途径和发展趋势。
2021 Vol. 40 (5): 2-11 [摘要] ( 319 ) [HTML 1KB] [PDF 4099KB] ( 395 )
12 刘逸波, 杨健
中间包流场控制技术的进展
合理控制中间包的流场有利于促进钢液中夹杂物上浮、均匀钢液成分和温度。水模型试验和数值模拟是两种主要的中间包流场研究方法,各有优缺点应相互补充。数值模拟成本低廉速度快,但受限于边界条件的不确定性和湍流模型的局限性难以完全真实反映中间包内的流场。水模型试验能够较为准确地模拟中间包内流场,但无法准确模拟温度场、水口结瘤、覆盖剂和吹气等对中间包流场的影响。研究表明,湍流控制器对降低长水口钢液射流的湍动能、均匀钢液温度和成分、聚拢射流让其转向向上流动降低死区体积分数、延长平均停留时间和优化流场结构具有很好的作用。湍流控制器、堰、坝和导流挡墙合理组合,协同发挥的控流效果,优于单一控流装置的效果。合理调节堰与包底距离、挡坝高度、堰与挡坝距离、堰与出流口距离、挡坝开孔的个数、尺寸和角度,可以优化中间包流场,促进夹杂物去除。气幕挡墙对钢液进行气洗可以提高钢液洁净度。环形气幕挡墙解决了条形气幕挡墙夹杂物去除率低、且不稳定的问题,提高了夹杂物去除率。最后,中间包流场数学模型精细化,并考虑连铸过程中更多工艺与边界条件的影响是未来发展的趋势。对于中间包流场研究的特定问题,针对性设定优化指标,会使得优化研究工作事半功倍。水模型试验作为中间包控流技术的另一种重要研究手段,同样越趋精确化,不断有研究者以提高试验精度为目的在试验方法和测量原理上进行探索和创新。
2021 Vol. 40 (5): 12-33 [摘要] ( 329 ) [HTML 1KB] [PDF 9697KB] ( 263 )
34 张硕, 刘建华, 苏晓峰, 李巍
中间包微气泡冶金技术发展
中间包中生成微小气泡可显著促进夹杂物上浮去除。对中间包微气泡精炼技术进行了分析总结,并针对研究较为深入的长水口吹氩技术相关文献进行了详细分析。结果表明,利用中间包中钢液湍动能破碎气泡可形成高效去除夹杂物技术,一些新技术正在研发过程中,长水口吹氩技术具有良好前景;“冷钢片沾钢”工业试验表明,中间包长水口吹氩可在中间包钢液中生成弥散细小氩气泡,生成的绝大部分氩气泡尺寸小于2 mm;长水口吹氩生成微小气泡的过程可分为气泡在长水口壁孔脱附和脱附气泡在湍急钢流中被剪碎成微小气泡两个阶段,其中钢液湍动能对氩气泡的剪切破碎作用十分明显;长水口吹氩技术水模型研究较多,数值模拟研究相对较少,工业试验研究才刚刚开始,有待更进一步的深入研究。
2021 Vol. 40 (5): 34-42 [摘要] ( 120 ) [HTML 1KB] [PDF 3347KB] ( 196 )
连铸工艺
43 熊巧铃, 艾新港, 王琼, 杜冰, 刘海啸, 宁哲
冲击区体积对感应加热中间包流动影响数学模拟
通道式感应加热中间包能够对包内钢水的热量进行及时有效的补偿,有利于提高铸坯质量。建立了某厂五流四通道感应加热中间包的数学模型,研究冲击区体积对中间包内钢液流动的影响。结果表明,冲击区体积占前腔比例的45%时,双峰和短路流问题得到有效解决,各流间钢水分配较为合理,中间包内部钢液能够获得较好的流动性能,中间包总体停留时间达到1 020 s,死区体积降低为11.5%,3个下水口达到峰值的时间较为一致,最大时间差为49 s,达到峰值的平均时长为335 s。
2021 Vol. 40 (5): 43-48 [摘要] ( 154 ) [HTML 1KB] [PDF 2829KB] ( 233 )
49 崔衡, 欧阳宇科, 王汝栋, 苏晓峰, 刘建华
基于F曲线的多流非对称中间包死区计算模型
为了解决组合模型计算多流非对称中间包不同出口的停留时间分布曲线时出现的体积死区分率为负或结果偏差较大的问题,通过把“脉冲刺激-响应”试验所得的E曲线转换为F曲线,建立了基于F曲线的多流非对称中间包整体死区比例分析模型,并通过比较各流出口F曲线的差异量以及差异量极大值、最大值评价了多流非对称中间包钢液流动一致性。应用该模型对四流非对称中间包流场进行分析,水模型试验结果表明,无控流装置的中间包在3号、4号水口上方存在流动缓慢的区域,中间包钢水更新缓慢,流场不合理。增加挡墙后,中间包钢水流动一致性增强,2号、3号水口流动一致性相近;1号、4号水口流动一致性相近。使用挡墙+挡坝2的组合,各流一致性最好,死区比例最小。
2021 Vol. 40 (5): 49-53 [摘要] ( 153 ) [HTML 1KB] [PDF 1764KB] ( 238 )
54 张晗, 代传民, 雷洪, 张秀香
通道式感应加热中间包钢液流动特性的数值模拟
通道式感应加热中间包能够有效补偿钢液在浇注过程中产生的温降。钢液流动特性是影响通道式感应加热中间包冶金过程的关键。采用ANSYS软件求解电磁场、流场和温度场控制方程,得到通道式感应加热中间包稳态流场和温度场;在此基础上,求解示踪剂溶质输运方程,得到RTD曲线。数值结果表明,浇注口温度提高20 K;相比于无感应加热的通道式中间包,应用通道式感应加热后,总体平均停留时间延长48 s,总体死区体积分率缩小为21.5%;通道式感应加热中间包的电磁力对钢液的搅拌作用是影响流动形态的主要因素,焦耳热引起的热对流是影响流动形态的次要因素。
2021 Vol. 40 (5): 54-59 [摘要] ( 173 ) [HTML 1KB] [PDF 1838KB] ( 224 )
60 王德永, 全齐, 屈天鹏, 周星志, 李向龙, 陈刚
连铸单流中间包钢液非稳态流动行为物理模拟
针对非稳态换包过程对钢水洁净度显著恶化问题,基于相似原理,构建了相似比为1∶2的中间包物理模型,对单流中间内钢液非稳态流动行为进行了系统研究。研究结果表明,稳态条件下通过设置尺寸合理的堰坝和湍流控制器可以有效改善中间包内流体的流动状态。非稳态条件下,当钢包换包结束,中间包液位回升过程中,钢液平均停留时间随液位的上升而延长,最长可达497 s;死区体积分率随液位回升而逐渐减小,最小降至23.91%。换包过程中液位的降低和回升伴随着流动状态的剧烈波动,最终恶化了非金属夹杂物上浮去除行为。
2021 Vol. 40 (5): 60-68 [摘要] ( 141 ) [HTML 1KB] [PDF 5686KB] ( 269 )
69 李怡宏, 崔鑫, 何奕波, 郭文科
相似比对中间包模拟试验的影响
物理模拟试验和数值模拟是当前优化中间包流场和结构的主要手段,相似比的选取对于中间包模拟试验结果的准确性有较大影响。为了研究相似比对中间包模拟试验的影响,获得更能准确反映实际冶金反应器内流体流动行为的相似比,以80 t板坯连铸中间包为研究对象,采用经物理模拟验证后的Fluent模型模拟几何相似比分别为1∶1、1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10的中间包内部流场流动行为,得到其速度和湍流动能的分布情况。结果表明,随着相似比减小,中间包内流场的平均速度整体呈减小趋势,湍动能无明显变化;相似比的改变对包内速度平缓变化的区域影响更加显著;当模型相似比小于1∶6时,与原型相比,模型速度的相对误差大于5%。因此,相似比的选用宜大于1∶6,以提高模拟的精度,准确还原实际流场。
2021 Vol. 40 (5): 69-74 [摘要] ( 175 ) [HTML 1KB] [PDF 2062KB] ( 211 )
75 高宇波, 杨城, 万文华, 肖微, 王敏, 刘宇, 包燕平
小方坯连铸中间包流场数值模拟与分析
为了研究不同形状湍流抑制器及不同种类开孔挡墙对中间包流场流动特性及温度分布均一性的影响,以10流小方坯连铸对称双中间包为研究对象,通过Fluent软件对单边5流中间包流场进行数值模拟分析。研究结果表明,湍流抑制器可有效降低注流区湍流的产生,且中间包挡墙的形状和开孔的调整对浇注区各流出口流场及温度场的变化具有较为明显的影响作用。根据数值模拟结果,通过计算云图及指标对比得出了适用于本中间包尺寸及外形条件下的优选控流元件,并由现场实际温度的测量进行了验证。
2021 Vol. 40 (5): 75-82 [摘要] ( 161 ) [HTML 1KB] [PDF 6792KB] ( 205 )
83 冯孔方, 马建超, 李建伟, 詹侃
双流板坯连铸中间包结构优化及改造
中间包作为连铸的关键设备,对保证连铸生产发挥着重要作用。为了减少停浇过程中间包的余钢量,提高金属收得率,以某厂转炉车间双流板坯连铸中间包为模型,利用数值模拟的手段研究中间包流场温度场。根据研究结果,优化设计了中间包结构,为现场中间包结构改造提供优化方案,并介绍了新型中间包的砌筑改造及应用跟踪。改造后的中间包现场应用表明,结构优化能够减少余钢量,使余钢量由16~18 t降至4~6 t,显著提高了金属收得率。
2021 Vol. 40 (5): 83-87 [摘要] ( 161 ) [HTML 1KB] [PDF 3199KB] ( 200 )
铸坯质量
88 梁震江, 郑万, 王君驰, 王强, 李光强
过滤控流中间包流场及夹杂物去除的数值模拟
以60 t板坯连铸中间包为研究对象,采用雷诺平均方程、组分输送以及离散相模型分别计算了高拉速下中间包内钢液流场特征演变以及夹杂物运动轨迹和去除率。结果表明,采用多孔过滤控流装置后,10 μm的小夹杂物去除率提升了10%以上。与45°倾角过滤器中间包相比,55°倾角过滤器中间包的夹杂物去除率增加约5.3%,其顶部孔为水平方向,减小了卷渣与钢液裸露的风险。通过RTD曲线获得多孔过滤控流中间包的钢液停留时间缩短了30~50 s、死区体积比增加0.03%,但夹杂物去除率明显提高。因此,采用停留时间、死区体积比等宏观流场特征参数评估中间包内夹杂物去除效率的方法已不适应过滤控流装置中间包的开发研究,宜采用速度云图、夹杂物运动轨迹等微观分析方法评估其冶金效果。
2021 Vol. 40 (5): 88-98 [摘要] ( 179 ) [HTML 1KB] [PDF 5787KB] ( 220 )
99 马文俊, 李海波, 刘国梁, 朱克然
高等级汽车板中间包冶金技术
高端汽车外板在后续轧制或冲压过程中发生夹杂缺陷的比例较高,为了进一步提高中间包冶金的效果,研究了中间包开孔挡墙对正常浇铸过程中夹杂物去除的影响。为了保证钢液洁净度一致,在中间包内一侧采用了不带孔的挡墙,另一侧采用了开孔型挡墙,浇铸过程中同时取中间包钢水及铸坯试样,并采用Aspex夹杂物自动扫描电镜进行分析。结果表明,正常浇铸时无孔挡坝有利于夹杂物在中间包内的上浮去除,有孔挡坝中间包内钢液流场存在短路流,钢液在中间包内停留时间短,夹杂物来不及上浮,随钢液进入到结晶器和铸坯中。因此,采用无孔挡坝中间包浇铸的钢液洁净度优于开孔挡坝中间包浇铸的钢液。
2021 Vol. 40 (5): 99-102 [摘要] ( 175 ) [HTML 1KB] [PDF 1528KB] ( 198 )
103 唐德池, 刘国梁, 马文俊, 高攀, 郝宁
控流装置对中间包钢水流场和洁净度的影响
为研究控流装置对中间包内钢水流场影响,采用水模型和工业验证相结合方法针对某钢厂板坯连铸中间包进行优化。通过对不同控流组合中间包的优化得出,湍流控制器+下挡墙组合最优;通过对下挡墙的位置和高度的优化得出,下挡墙高300 mm、距长水口距离1 900 mm为最佳方案。优化中间包后,钢液在中间包内平均停留时间由304.1 s增加至342.1 s,死区比例由18.5%降至8.4%。工业试验表明,采用优化后中间包,IF钢铸坯平均氧质量分数降低了16.8%,平均氮质量分数降低12.5%,铸坯10 μm以上夹杂占比由8.6%降至6.1%。
2021 Vol. 40 (5): 103-107 [摘要] ( 145 ) [HTML 1KB] [PDF 1303KB] ( 258 )
连铸设备
108 肖红, 全嵩, 肖晓丹, 杨宏, 胡璐
大容量中间包电磁加热装备研制及其工业应用
针对中间包增设通道式感应加热装置,在不改变现有连铸机中间包冲击区和浇注区距离的条件下,进行中间包电磁感应加热装备的工业化研制。重点研究了中间包包壳上涡流的隔断、感应加热器加热效率、感应加热中间包耐火材料等问题。研究结果表明,采用涡流隔断技术能有效抑制包体涡流发热,较好地解决中间包包体涡流发热的问题。并且通过优化感应器的结构设计及采用气雾混合冷却等关键技术,实现了中间包感应加热技术的工业化运行及中间包钢水温度±3 ℃的精准控温。
2021 Vol. 40 (5): 108-113 [摘要] ( 200 ) [HTML 1KB] [PDF 4315KB] ( 214 )
114 霍贞蓉, 元鹏飞, 孙仁宝, 李晓军, 陈法涛, 赵海明
中间包钢水连续测温技术分析与应用
为了研究中间包钢水温度变化规律,提高中间包温度合格率,准确指导钢水精炼温度调整操作,依托太钢连铸中间包钢水连续测温系统,通过对比分析传统手动测温与连续测温的优劣,研究了不同工艺路线下典型钢种中间包钢水温度变化规律。结果表明,中间包钢水连续测温系统具有稳定性好、响应速度快等优点,测温准确率达92%;对碳钢而言,仅过LF工艺的Q235钢种炉均温降速率为0.17 ℃/min,过“LF+RH”工艺的Q345钢种炉均温降速率仅0.05 ℃/min;对过“AOD+LF”工艺的不锈钢而言,304和316镍不锈钢炉均温降速率均为0.15 ℃/min,430铬不锈钢温降速率为0.09 ℃/min。中间包钢水连续测温技术对稳定连铸生产和提升连铸坯质量具有重要意义。
2021 Vol. 40 (5): 114-119 [摘要] ( 178 ) [HTML 1KB] [PDF 2021KB] ( 233 )
行业信息
120
独占鳌头!小方坯高拉速技术勇攀高峰
2021 Vol. 40 (5): 120-120 [摘要] ( 77 ) [HTML 1KB] [PDF 187KB] ( 214 )
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