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2023年 42卷 3期
刊出日期：2023-06-18
连铸工艺
铸坯质量
综合论述
1
曾杰, 肖鹏程
序言
2023 Vol. 42 (3): 1-1 [
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综合论述
2
曾杰, 杨任一, 王万林, 朱晨阳
薄带连铸过程中影响界面传热的关键因素分析
薄带连铸是冶金工业新的技术革命,是短流程的钢铁材料先进制备技术。薄带连铸中,钢液的凝固时间仅为0.2 s,钢液与结晶辊之间的瞬态界面传热行为相比于传统连铸也更加迅速且复杂,而界面传热往往对铸带质量及最终产品性能产生很大的影响。综述了薄带连铸生产过程中各关键工艺参数对界面传热行为的影响,重点探讨了自然沉积膜、结晶辊镀层对传热的影响,旨在为优化薄带连铸过程关键影响因素、改善铸带质量提供理论和技术支撑。
2023 Vol. 42 (3): 2-7 [
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8
盛援义
高产高质高效钢薄带连铸之意义和前景
在节能、高效、低成本上更具潜力的钢双辊薄带连铸技术经过近50年艰难行程,积累了大量数据和经验。但以Castrip为代表的现有技术由于结构性缺陷导致了诸多弊病,难以与先进的连铸连轧竞争,在产业化道路上举步维艰。从新角度用成熟理论诠释激冷下金属熔体的冶金行为及其他相关过程,并以此做指导克服众多关隘,将双辊薄带连铸技术大幅改进而成为高产高质高效(3H)的颠覆性新技术,对于钢铁工业和国民经济具有巨大意义。为此,针对现有技术的缺陷及其根源,简要讨论了一种3H新技术的理论基础和工程概念设计框架,为新世纪的薄带连铸研发抛砖引玉。
2023 Vol. 42 (3): 8-15 [
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16
杨任一, 曾杰, 路程, 朱晨阳, 王万林
薄带连铸表面质量控制的研究现状与展望
薄带连铸采用一对铜结晶辊完成钢水的亚快速凝固,直接铸轧出尺寸及性能满足最终产品要求的近终成型工艺。薄带连铸冷速达1 000 ℃/s,产品厚度 1~2 mm,省去再加热和反复热轧工序,在生产薄规格钢种具有明显优势。然而,经铜辊浇铸出的铸带很薄,其表面质量(如凹陷、微裂纹等)难以控制,后期也难以修复,如何减少铸带表面质量缺陷成为薄带连铸技术发展的瓶颈之一。主要综述了薄带连铸生产低碳钢、不锈钢和TWIP钢铸带表面缺陷的产生机理,铸带表面缺陷主要起源于钢液在结晶辊初始凝固过程,受钢种成分、铸辊分离力、夹杂物、自然沉积膜、结晶辊、保护气氛等多种因素影响,不同钢种需要采用合适的薄带连铸工艺参数。
2023 Vol. 42 (3): 16-21 [
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连铸工艺
22
张利民, 肖鹏程, 朱立光
薄板坯连铸用新型浸入式水口数值模拟分析
为了降低高拉速下薄板坯漏斗形结晶器液面卷渣的概率,设计了一种适用于薄板坯漏斗形结晶器使用的新型浸入式水口。通过Fluent软件对其进行了数值模拟研究,分析了新型浸入式水口在不同拉速(4、5、6 m/min)和不同插入深度(130、160、190 mm)下,对断面1 520 mm×73 mm的漏斗形结晶器表面流速及卷渣的影响。数值模拟结果表明,漏斗形结晶器使用新型浸入式水口以后,液面最大表面流速值为0.37 m/s,液面波动最大值约±5.4 mm,并且液面未发生明显卷渣现象,数值模拟结果较好。设计的新型浸入式水口对未来薄板坯连铸用浸入式水口的设计提供了一定的借鉴经验。
2023 Vol. 42 (3): 22-26 [
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27
王子超, 曾杰, 窦坤, 王万林, 林鸿亮, 刘小钪
薄板坯中高碳钢保护渣综合理化性能的分析
薄板坯连铸拉速高,冷却速度快,在碳含量较高的中高碳钢生产中相比传统连铸有着更加突出的问题,开发与之相匹配的保护渣是确保薄板坯连铸中高碳钢生产过程顺利、铸坯质量合格的前提。针对薄板坯连铸工艺特点及中高碳钢钢种特性,总结了薄板坯连铸中高碳钢生产对保护渣理化性能的要求;同时对工厂薄板坯中高碳钢连铸用保护渣A和保护渣B的理化性能进行了表征与评价。研究结果表明,保护渣B的传热能力和润滑能力优于保护渣A,在保证对铸坯润滑效果的同时加快了钢液在结晶器内的热量传递,形成一定厚度的凝固坯壳。此外,保护渣B的黏度和熔化温度低、熔速快、具有良好的黏流性能与熔化性能。因此,保护渣B更满足薄板坯连铸中高碳钢的生产要求。
2023 Vol. 42 (3): 27-32 [
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33
崔贺楠, 张江山, 季晨曦, 王国连, 李明, 刘青
EMBr对超高速薄板坯连铸结晶器流动行为影响的大涡模拟
薄板坯连铸连轧是推动中国钢铁工业高效化、绿色化发展的重要技术,超高速连铸是目前实现薄板坯连铸连轧高效化生产需要突破的关键核心技术。掌握超高速条件下结晶器内钢液流动特征并获得稳定流场分布是提升连铸拉速的重要前提。针对应用多孔浸入式水口的薄板坯连铸结晶器建立了完整的几何模型和结构化网格,在此基础上通过耦合求解大涡模拟(Large eddy simulation, LES)、流体体积法(Volume of fluid, VOF)和磁流体动力学模型(Magnetohydrodynamic, MHD)研究了水口结构、电磁制动结构和电磁制动强度对结晶器内流场分布的影响。采用工业插钉试验获取了实际生产过程中结晶器表面流速,并与对应工况下的数值模拟结果进行对比验证了数值模拟方法的可靠性。结果表明,拉速为8.0 m/min时,应用多孔水口会导致复杂的流场结构,具有射流多、冲击强和循环弱等异于传统双侧孔水口结晶器的特点,其中使用四孔水口和五孔水口时主流股冲击深度分别高达1.6 m和2.1 m;电磁制动能够有效控制结晶器流场,不同电磁制动结构的制动效果存在差异,其中能够覆盖多孔水口全部出口的结构C在降低冲击深度和提升流场稳定性方面表现更佳;磁场强度的增加对流场结构具有明显影响,流场结构变化转折点的磁场强度为300 mT,在该磁场强度下的流场不稳定和不对称性较为明显,故在生产过程中调整磁场强度时,应当避免磁场强度长时间处于这一范围内,有利于弯月面稳定和坯壳均匀生长。
2023 Vol. 42 (3): 33-41 [
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42
马硕, 罗衍昭, 张聪聪, 王皓, 王胜东, 季晨曦
薄板坯连铸结晶器铜板厚度对传热行为影响
基于薄板坯连铸产线的实际生产数据,研究了铜板厚度对结晶器热流密度以及生产稳定性的影响。结果表明,随着铜板厚度由44.2 mm减薄至39.2 mm,结晶器热流密度由2.65 MW/m
2
增加至2.82 MW/m
2
,结晶器“冷齿”指数由0.4增加至17.5,生产稳定性受到极大影响。为提高传热稳定性,解决铜板厚度减薄造成结晶器热流密度增大的问题,对结晶器冷却水流量进行优化,建立了铜板厚度与冷却水流量之间的关系,结晶器铜板厚度由45 mm降至39 mm,冷却水流量由8 500 L/min降低至7 225 L/min,以5.3 m/min拉速生产低碳钢时,结晶器宽面热流密度可稳定控制在2.7~2.8 MW/m
2
。同时,冷却水的最小流速为11 m/s,仍可确保铜板与冷却水之间为强制对流状态,保证了铜板的使用寿命,结晶器“冷齿”指数由3.85降至0.73,有效提高了铸坯质量和生产稳定性。
2023 Vol. 42 (3): 42-46 [
摘要
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47
李学凯, 张燕超, 张彩军, 肖鹏程, 郭文斌
基于大涡模拟的薄板坯漏斗型结晶钢液流场模拟
高效连铸的核心是高拉速,为了探究高拉速条件下不同操作参数对薄板坯结晶器流场钢液流动状态的影响,以FTSC(Flexible Thin Slab Caster)薄板坯结晶器和新型五孔水口为研究对象,以结晶器流场内钢渣界面的表面流速和波动高度为评判标准,采用大涡模拟的方法创建了渣相-钢液两相流模型,对结晶器流场进行数值模拟,分析了拉坯速度、水口浸入深度和保护渣黏度对结晶器流场和钢渣界面流动行为影响。结果表明,提高拉速会增大钢渣界面表面流速和液面波动;水口浸入深度的加深会降低表面拉速,减小液面波动;6 m/min拉速下,增大保护渣黏度可以有效抑制卷渣。
2023 Vol. 42 (3): 47-54 [
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铸坯质量
55
郭志红, 刘宇, 鲁素玲, 郑亚旭, 朱立光, 孙会兰
双辊薄带铸轧3%取向硅钢凝固组织模拟
薄带铸轧取向硅钢时,铸带组织中易形成柱状晶,其在后续加工和热处理工艺中容易被拉长成带状组织并阻碍二次再结晶发展,降低取向硅钢的电磁性能。为优化铸轧工艺参数,利用ProCAST中CAFE模块,采用正交试验,研究铸轧3%取向硅钢过程中各工艺参数对铸带组织的影响。结果表明,拉速对Kiss点高度影响最大,随着辊速的增加,Kiss点高度降低,拉速为0.3~0.7 m/s时,Kiss点高度由35.4 mm变为13.0 mm。浇铸温度对柱状晶比例影响最大,随着浇铸温度的增加,柱状晶比例升高,浇铸温度在1 502~1 542 ℃变化时,柱状晶比例在14.4%~81.3%内变化。浇铸温度对平均晶粒尺寸的影响最大,浇铸温度越高,平均晶粒尺寸越大,浇铸温度在1 502~1 542 ℃变化时,平均晶粒尺寸在187.3~346.4 μm范围内变化。综上得出,最优参数为浇铸温度1 502 ℃,拉速0.7 m/s,熔池高度150 mm;对应的Kiss点高度为15.3 mm,柱状晶比例为18.3%,平均晶粒尺寸为193.1 μm。
2023 Vol. 42 (3): 55-61 [
摘要
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62
李世旺, 刘凯, 程树森, 李积鹏
分形理论与灰度在薄板坯铸态组织表征中的应用
为了研究铸坯在连铸过程中所得铸态组织的偏析规律及其对材料性能的影响,采用分形理论和灰度分析方法对铸坯凝固组织和碳偏析形貌特征进行了定量分析。结果表明,灰度分析法得到的局部碳元素相对质量分数分布与真实铸坯对应良好,并且通过对比电子探针与灰度分析的结果,证明了该方法的有效性。由计盒维数法得到的分形维数可以定量表征凝固组织和碳偏析形貌的自相似复杂程度,凝固组织分形维数从铸坯的宽度边部到中心先减小再增大,从坯壳表面到厚度中心逐渐增大。碳偏析形貌分形维数在厚度方向上的变化更明显,从坯壳表面到厚度中心逐渐减小,两者的分形维数具有一定的负相关关系。在薄板坯连铸过程中选择较高的拉速有利于得到碳元素分布均匀、偏析点分布弥散、凝固组织更加稳定的铸坯。
2023 Vol. 42 (3): 62-73 [
摘要
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82
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167
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74
隋亚飞, 罗钢, 段皓杰, 冉涛, 赵如
CSP生产冷轧用基板线性缺陷的分析与控制
为解决CSP工艺下冷轧用基板线性缺陷多发的难题,深入分析冷轧基板热轧卷线性缺陷和冷轧卷线性缺陷,研究缺陷与工艺的相关性,找到了工艺控制关键点。热轧卷缺陷来源于大型保护渣卷渣与水口结瘤物脱落,控制关键点在于氩站钢水的碳含量、LF精炼铝耗与出站钢水的Ca/Al比。冷轧卷缺陷小部分是划伤,大部分是小型保护渣卷渣,两者可通过表检仪形貌进行判别。控制冷轧保护渣缺陷有效措施是控制拉速、稳定节奏、减少炼钢工序的异常情况。通过联合攻关,CSP冷轧基板线性缺陷降等率从8.88%稳定控制到了2.0%以下,具有较强的实际借鉴意义。
2023 Vol. 42 (3): 74-79 [
摘要
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112
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连铸
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