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2022年 41卷 2期
刊出日期：2022-04-18
铸坯质量
综合论述
1
龙木军, 杨树峰
序言
2022 Vol. 41 (2): 1-1 [
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综合论述
2
邹雷雷, 黄俊雄, 李权辉, 张江山, 刘青
连铸坯裂纹与偏析预测研究进展
精准预测连铸坯裂纹、中心偏析等缺陷并在连铸坯下线清理与热装热送间做出决策对于稳定连铸生产、提高连铸坯质量具有重要意义。然而,实际生产中影响连铸坯质量的因素众多,连铸生产存在着不可预见的扰动性,且生产参数间具有较强的非线性和耦合性,这使得连铸坯裂纹、中心偏析等缺陷的精准预测极具挑战。随着连铸自动化和计算机技术的不断发展,人工智能逐渐得到重视,其中机器学习因其强大的非线性逼近能力而逐步应用于连铸生产。本文着重从机器学习、专家系统方面总结了国内外在连铸坯质量预测、诊断方面的研究进展,分析比较了各类方法的优缺点,并对连铸坯质量预测进行了展望。
2022 Vol. 41 (2): 2-9 [
摘要
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铸坯质量
10
全齐, 张志霄, 李向龙, 屈天鹏, 陈刚, 侴宏晔
不锈钢连铸中间包内夹杂物去除行为数值模拟
针对中间包连铸过程中夹杂物的存在易导致铸坯出现质量缺陷的问题,以不锈钢连铸中间包为研究对象,通过数值模拟方法研究了控流装置、夹杂物密度以及夹杂物尺寸等参数对中间包内夹杂物去除行为的影响规律。研究结果表明,在设置堰坝和湍流控制器中间包内,密度为2 700 kg/m
3
,粒径为5 μm的夹杂物去除率为63.32%,而150 μm的大尺寸夹杂物去除率可达到89.04%。当夹杂物粒径为10~50 μm,密度为2 700~4 500 kg/m
3
时,夹杂物密度对夹杂物去除率影响较小。无控流装置中间包时,夹杂物在顶渣层呈以中心纵截面对称的分布;设置堰坝中间包时,挡渣堰坝两侧出现了70 μm以上夹杂物密集区;设置堰坝组合湍流控制器中间包时,夹杂物主要被限制在中间包第一腔室自由液面,研究结果对于进一步发挥不锈钢连铸过程中的中间包冶金功能具有指导意义。
2022 Vol. 41 (2): 10-19 [
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20
张福君, 杨树峰, 王勇, 黄成永, 李京社, 杨静波
精冲钢板坯表面质量控制
直弧型连铸机生产精冲钢板坯表面缺陷率较高。结合实际生产工艺分析典型表面缺陷形成原因,并通过二冷配水优化、夹杂物控制、过热度控制以及连铸保护工艺优化,角部裂纹及皮下气泡缺陷率分别降至0.26%、1.11%,有效提高了连铸成材率。
2022 Vol. 41 (2): 20-24 [
摘要
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25
王先扬, 胡淏, 谢鑫, 吴晨辉, 龙木军, 陈登福
大方坯六流中间包少流浇注时钢液的流动行为
在连铸过程中,由于钢水不足或设备故障,为适应生产节奏,关闭多流中间包单个或多个水口是常见操作。然而,水口的关闭会导致中间包流场发生变化,并进一步影响到中间包内夹杂物的去除效率。为此,针对某钢厂重轨钢用大方坯六流中间包,应用数值模拟的研究方法对关闭不同单个水口时中间包内的钢液流动行为以及夹杂物去除情况进行了研究,得出了最佳关停水口方案,为中间包水口关停的选择提供了必要依据。研究结果表明,当中间包关掉任意一流浇注时,中间包内的死区体积均会略微上升;关闭第一流对于中间包内夹杂物的去除的影响最小,此时10、30、50、70、90 μm的夹杂物去除率分别由正常浇注时的12.4%、39.1%、74.2%、93.3%、95.6%变为14.7%、36.4%、76.4%、85.3%、93.8%。
2022 Vol. 41 (2): 25-34 [
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35
邓小旋, 李海波, 季晨曦, 陈斌, 朱国森
IF钢板坯表层大尺寸夹杂物的三维分布
IF钢铸坯表层大尺寸夹杂物分布对冷轧钢板表面质量有较大影响。采用ASPEX自动检测法与逐层刨削法研究了IF钢铸坯表层20 mm内中100 μm以上夹杂物的三维分布。铸坯表层20 mm内夹杂物共分成3类,气泡、氧化铝+气泡、块状氧化铝,数量比例分别为72%、26%和2%。结合水模型研究了结晶器内大尺寸夹杂物被凝固坯壳捕获行为,结果表明,在现有浇铸工况下结晶器内大尺寸夹杂物主要集中在上回流涡心处与浸入式水口下部等结晶器“死区”位置。消除结晶器内死区有助于减少铸坯表层大尺寸夹杂物,提高轧板表面质量。
2022 Vol. 41 (2): 35-40 [
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41
吴旭峰, 张才贵, 王德永
钢包顶渣改质对抑制旋涡卷渣的影响
钢包加盖能够显著提升钢包的保温效果,助力钢铁企业节能降耗。但钢包加盖条件下顶渣温度较高、流动性好,更易引起浇注末期旋涡卷渣,铸坯夹渣缺陷率升高。开展了顶渣改质抑制旋涡卷渣的工艺研究,以高碱度渣为研究对象,通过相图分析确定了炉渣改质增黏的基本思路,利用FactSage软件对多组改质渣系进行黏度计算。结果表明,添加石灰或轻烧白云石都有助于增大炉渣黏度,两者增黏效果相近,炉渣黏度测量试验也验证了上述结论。利用BaCO
3
示踪法开展了顶渣改质的工业试验,结果表明,炉渣改质后钢中大尺寸夹杂物数量大大减少。顶渣改质新工艺在现场应用后,铸坯平均夹渣缺陷率由0.57%降低至0.42%。
2022 Vol. 41 (2): 41-46 [
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47
张浩浩, 吴家璐, 龙木军, 郭伟, 杨晓东, 陈登福
超高强热成形钢TSCR中微米级Ti(C
x
,N
1-
x
)的析出演变
超高强热成型钢薄板坯连铸连轧(TSCR)工艺生产过程中,合理控制工艺参数,尽可能减少铸坯中粗大第二相的析出是保证产品质量和生产顺行的关键。明确粗大的微米级Ti(C
x
,N
1-
x
)析出相在TSCR工艺流程中析出演变规律对实际生产中质量控制和工艺参数优化具有重要的指导意义。本研究通过热力学计算和试验研究相结合的方式,对超高强热成型钢TSCR工艺连铸及均热这一连续过程中微米Ti(C
x
,N
1-
x
)析出相的析出演变行为进行了研究;明确了该过程中微米Ti(C
x
,N
1-
x
)相“析出-回溶-粗化”的演变规律,并对其析出长大速度、回溶速度以及粗化速度做了定量分析。结果表明,22MnB5钢中粗大的微米级Ti(C
x
,N
1-
x
)析出相在凝固末期液相中开始析出,开始析出的固相率为0.912。随着连铸温度不断降低,微米级Ti(C
x
,N
1-
x
)相中
x
值由0.1增大到0.7,Ti(C
x
,N
1-
x
)析出相逐渐由富氮相逐渐转变为富碳相。微米级Ti(C
x
,N
1-
x
)相在连铸冷却过程中不断长大,在升温过程中又部分回溶于基体中,随后在保温阶段再次长大。在TSCR工艺连铸和均热过程降温、升温、保温阶段,微米级Ti(C
x
,N
1-
x
)析出相颗粒生长、回溶、粗化的平均速度分别为0.007 2、-0.001 5、1.95×10
-4
μm/s。
2022 Vol. 41 (2): 47-54 [
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55
尹修刚
改善齿轮钢SAE8620H碳偏析的连铸工艺研究及应用
齿轮钢宏观碳偏析会加重带状级别,影响齿轮热处理变形。最根本解决方法是控制连铸坯碳偏析,在合适的连铸工艺拉速下采用优化结晶器电磁搅拌参数、动态末端电磁搅拌、控制钢水过热度及优化二冷配水的技术手段改善了连铸坯截面碳偏析指数及碳极差。实践结果表明,选择合适的连铸工艺参数及动态末搅技术能够大幅度提升铸坯内部质量,降低齿轮钢SAE8620H宏观碳偏析,达到9点碳极差不高于0.025%、碳偏析指数为0.95~1.05的水平,有效降低了齿轮钢带状级别。同时,轧制圆钢加工成齿轮后热处理变形量小、变形趋势好,产品质量得到了客户的认可。
2022 Vol. 41 (2): 55-60 [
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61
白晓路, 张小伟, 李梦飞, 张立强
铌微合金化建筑用钢连铸坯角部裂纹控制
为了研究含铌建筑用钢轧制产生开裂的问题,对多组铸坯低倍样进行检测分析,并结合生产过程数据对化学成分、中间包过热度、拉速及二冷各区比水量进行了统计分析。结果表明,角部裂纹是缺陷根源,含铌钢铸坯的断面收缩率低于75%的温度范围为750～960 ℃。通过降低二冷一区的比水量,适当提高三区、四区的比水量、调整矫直温度使其避开断面收缩率小于75%的温度区间和控制硫、磷、铬含量等一系列优化措施,有效解决铸坯表面的角部裂纹缺陷,保证了含铌建筑用钢的产品质量。
2022 Vol. 41 (2): 61-65 [
摘要
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66
潘鹏, 侯栋, 戈文英, 刘兵, 屈天鹏, 王德永
连铸坯凝固末端电磁搅拌位置及连铸工艺优化
为了预测180 mm×220 mm轴承钢方坯的凝固末端位置,对国内某厂方坯连铸机开展射钉试验,并基于Thercast模拟仿真研究了连铸工艺参数(过热度、冷却强度、拉速)对凝固末端位置的研究。结果表明,在过热度20 ℃、拉速0.85 m/min下,180 mm×220 mm轴承钢方坯的凝固终点距离弯月面11.39 m,而末端电磁搅拌位置在11.40 m,无法充分发挥末端电磁搅拌的作用。根据射钉试验、Thercast仿真结果、设备条件、生产节奏等因素对连铸工艺进行了优化,适当降低结晶器水和足辊水量,保持其他参数不变。连铸坯低倍质量表明,工艺优化前铸坯中心存在疏松缩孔,工艺优化后中心疏松为1级、中心偏析为0级,满足质量要求。此外,通过9点法检验了工艺优化后的铸坯碳极差,其值不高于0.12%,满足质量要求。
2022 Vol. 41 (2): 66-76 [
摘要
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162
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77
冷永磊
大规格AISI 4130连铸圆坯端面裂纹分析及改进措施
针对
ø
600 mm规格AISI 4130连铸圆坯锯切后端面发现裂纹缺陷问题,系统研究了端面裂纹形成机理和铸坯缓冷工艺。研究结果表明,铸坯缓冷后仍存在较大的组织应力和热应力,随着锯切的深入产生应力集中,在最薄弱的地方开裂并延伸,形成应力裂纹。通过对缓冷坑进行改造、入坑铸坯两端加盖保温帽和调整连铸圆坯缓冷工艺,极大减少了铸坯内部应力,显著提高了产品合格率。
2022 Vol. 41 (2): 77-82 [
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125
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83
靳星
锆脱氧对船板EH36夹杂物和耐蚀性能的影响
为研究脱氧方式对船板夹杂物形态和耐蚀性能的影响,采用锆脱氧和铝脱氧,对比两种脱氧条件下钢板晶粒尺寸、夹杂物形态和耐腐蚀性能。结果表明,锆脱氧试验钢夹杂物主要为钙铝酸盐夹杂、球形复合氧化物;其中,大颗粒和长条状MnS夹杂物的密度较低,夹杂物弥散细小,可以阻止晶界迁移带来的晶粒长大,有效细化钢板晶粒尺寸。锆脱氧形成的钢中细小氧化物可以作为MnS异质形核核心,降低了钢基体MnS夹杂微区电化学腐蚀敏感性与扩展速度;这种复合氧化物电化学稳定性好,与铝脱氧方式相比,可以有效提升钢板耐蚀性能。
2022 Vol. 41 (2): 83-88 [
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90
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89
李玉娣, 江中块
IF钢非稳态连铸坯洁净度分析
为研究梅钢非稳态浇注对IF钢连铸坯洁净度的影响,采用氧氮分析、Aspex Explorer扫描电镜、大样电解等试验方法对BOF-RH-CC工艺生产的稳态及非稳态浇注的IF钢连铸坯进行了对比研究。结果表明,稳态浇注时铸坯具有较高的洁净度,正常坯
w
(T[O])和
w
(N)的平均质量分数分别为14.5×10
-6
和 9.5×10
-6
,显微夹杂物数量密度平均为5.1个/mm
2
,大型夹杂物总质量为3.34 mg/10 kg。各非稳态过程,头坯洁净度最差,其次是尾坯和换水口坯。不同类型铸坯显微夹杂物种类基本相同,而非稳态铸坯因保护渣卷入形成的大颗粒夹杂物数量均多于正常坯。
2022 Vol. 41 (2): 89-94 [
摘要
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95
李伟, 谈正军, 程锦君, 林倩, 张立强
基于二冷优化的高拉速方坯质量改善及实践
为增加连铸拉速,加快生产速度,保证铸坯质量及提高生产效率,对某厂7机7方坯连铸机二次冷却系统进行优化,开展了二冷配水模型研究。根据主要钢种成分、二冷区各区的长度、喷嘴型号等因素对模型进行了优化设计,通过优化配水参数来保证铸坯低倍质量,并实现动态控制。通过二冷补偿水改造,过程温度控制、脱方控制、铸坯内部质量控制等措施,该连铸厂台时产量提升至278.5 t/h,增长了8.30%,低倍一级成品率均超过95.14%。
2022 Vol. 41 (2): 95-99 [
摘要
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129
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364
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100
李向龙, 冯胜强, 张志霄, 武光君, 张佩, 屈天鹏
连铸坯拉速对结晶器卷渣现象的影响
高拉速连铸具有高效、低成本的特点,是未来连铸的发展方向。以常规板坯结晶器为研究对象,采用大涡模拟方法对结晶器内的卷渣现象深入分析。结果表明,在连铸坯拉速较低的情况下,结晶器流场较为稳定,钢液冲击速度较小,上返流速度较小,界面波动幅度不大。在高拉速的情况下,钢液冲击速度增加,渣金界面速度及卷渣数量明显提高。通过界面最大速度分析,建立了一个临界卷渣速度的计算准则,发现不同拉速情况下的临界卷渣速度是不一样的,造成这种现象的原因在于卷渣机理的不同。本模型对控制常规板坯高拉速连铸生产具有一定指导意义。
2022 Vol. 41 (2): 100-108 [
摘要
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