2021年, 第40卷, 第4期　刊出日期：2021-08-18

  

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连铸工艺
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  序言

  祭程, 王旭东

  连铸. 2021, 40(4): 1-1.

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  重轨钢连铸大方坯凝固末端压下过程的数值模拟

  胡文广, 祭程, 朱苗勇

  连铸. 2021, 40(4): 2-6.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20210065

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  针对重轨钢连铸坯在不同压下量条件下的热/力学行为,利用有限元仿真技术建立三维热力学耦合模型,对方坯在连铸过程和压下过程中的内部缩孔变形行为、铸坯应变分布现象、铸坯的变形行为以及拉矫机所需要的压坯力展开深入研究。结果表明,增大压下量可以将更多的变形量传递至铸坯中心、更好地闭合中心缩孔,但同时所需要的拉矫机压坯能力也更大。应综合考虑生产需求和生产能力,选择最合适的压下工艺,这为方坯的压下工艺制定提供理论和数据支撑。
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  连铸漏钢空间-时序特征与演化规律

  刘宇, 徐志强, 张冬冬, 王新华

  连铸. 2021, 40(4): 7-10.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20210051

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  漏钢是连铸生产的重大安全事故,准确认知漏钢在结晶器内的空间-时序特征及其演化规律,对连铸生产的稳定和顺行具有重要意义。基于获取的连铸漏钢可视化特征,从时间演化的角度,分析了典型黏结漏钢形成过程的主要特征;围绕热区域和冷区域的面积、温度速率和位置等瞬时空间特征,重点分析了真伪黏结漏钢的差异性和临界条件。结果表明,黏结漏钢热区域的面积主要集中在第1 973和7 795像素点之间,温度变化速率大于1.02 ℃/s是发生黏结漏钢的必要条件之一。冷区域的温度变化速率为-0.57~-4.22 ℃/s,当温度变化速率小于-2.52 ℃/s时,没有出现伪黏结漏钢现象,但却存在12例真黏结漏钢。真黏结漏钢的热区域位置主要集中在纵向的第46~64像素点,冷区域位置主要集中在纵向的第5~47像素点。研究结果可以为漏钢判定提供依据,有助于更加全面、准确地解析结晶器内铸坯表面的瞬时形态。
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  高拉速方坯连铸结晶器钢渣界面行为特征

  王林杰, 孔令种, 冯亮花, 杨杰, 陈登福

  连铸. 2021, 40(4): 11-16.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20210059

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  对于高拉速连铸,结晶器内高通钢量下的钢液与保护渣流动行为控制是保证结晶器区合理凝固与冷却控制的重要一环。通过建立三维方坯连铸结晶器内多相流动、传热与凝固耦合数学模型,研究结晶器内高速钢液瞬态流动现象及其对液面波动与保护渣流动的影响。结果表明,结晶器内高速钢液冲击钢渣界面使弯月面处形成明显的凸起,同时导致水口附近界面波动剧烈。液态保护渣的流动行为受液面波动影响较大,不连续的保护渣流入造成了厚度不均匀的固态渣膜形成,不规整的固态渣膜转而又阻碍了液态保护渣的流入。
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  P590L连铸过程C、N化物析出行为

  黎建全, 吴国荣, 孙彦辉, 雷阳伟, 周明佳

  连铸. 2021, 40(4): 17-20.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20210053

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  为研究微合金钢连铸过程C、N化物析出行为,以P590L微合金钢铸坯为研究对象,通过用碳膜萃取复型方法从拉伸试样中萃取析出物,使用JEM2100透射电镜观察试样中的第二相析出物,系统检验分析了微合金元素Ti、Nb的析出行为规律,分析了温度对析出物数量和尺寸影响规律,以及析出物对热塑性的影响趋势。试验表明,1 100 ℃时出现少量70 nm以上的方形TiN和Ti-Nb复合析出物,在1 100～1 000 ℃有Nb(C,N)析出,随着温度的降低析出物数量增加,尺寸减小而且更加弥散,热塑性随析出物数量的增加而降低。
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  连铸结晶器内铸坯非均匀摩擦行为

  杜凤鸣, 李大为, 撒晓霞, 黄若轩, 沈岩, 韩晓光

  连铸. 2021, 40(4): 21-25.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20210064

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  摩擦和润滑不均匀是影响连铸坯质量的关键因素。针对铸坯在结晶器内复杂的摩擦行为,建立了全尺寸传热模型和摩擦计算模型,采用反算法得到实际热流,详细描述了铸坯的摩擦行为,并进一步研究了影响摩擦的因素。结果表明,从弯月面开始,铸坯表面由液体摩擦区过渡到混合摩擦区,再过渡到固体摩擦区;铸坯的摩擦状态是非对称的,反映了建立全尺寸模型的必要性。该模型为了解连铸结晶器内发生的复杂过程和优化连铸工艺参数提供了有益的工具。
铸坯质量
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  高氮高钼合金连铸表面裂纹原因分析

  郭亮亮, 王迎春, 徐国栋

  连铸. 2021, 40(4): 26-30.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20210063

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  S31254是一种超级奥氏体不锈钢,含有大量的Cr、Ni、Mo、N和Cu等合金元素,具有优异的抗腐蚀性能和综合力学性能。当前,S31254合金连铸主要问题是表面裂纹。通过对S31254合金的材料特性、热模拟断裂机制、凝固原位观察研究,利用金相显微镜和扫描电镜系统分析了S31254裂纹缺陷成因。研究结果表明,S31254合金中有大量分布于铸态组织晶界的析出相,析出相包括σ相、χ相、Laves相和氮化物等,析出相特征是富Cr和Mo、贫Ni。当温度升高至1 240 ℃左右时,所有的析出相熔入到奥氏体相中,最后熔化的析出相为σ相。随着S31254合金析出相沿晶界析出,铸态晶界脆化,铸坯试样断裂机制演变为沿晶的脆性断裂,这降低了合金的高温塑性,增大了发生裂纹的倾向性。
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  连铸坯宏观与半宏观偏析行为表征

  姜东滨, 张立峰, 陈天明, 李红光, 黎建全

  连铸. 2021, 40(4): 31-37.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20210054

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  为了深入了解连铸坯宏观偏析和半宏观偏析的分布特征,采用碳硫检测、化学分析、直读光谱、金属原位分析方法研究连铸坯厚度方向C、Mn元素宏观偏析行为;通过连铸坯低倍组织腐蚀和图像扫描处理方法探究半宏观偏析分布特征。研究结果表明,碳硫检测和直读光谱检测方法可定量分析C元素宏观偏析,而Mn元素适合采用直读光谱和金属原位分析方法,半宏观偏析可通过半宏观偏析面积比和半宏观偏析度实现定量表征。在连铸坯厚度方向,随着距铸坯表面距离的增加,C元素和Mn元素偏析不断波动,在铸坯中心处偏析较大。半宏观偏析主要存在于铸坯芯部,在枝晶转变区和铸坯中心处半宏观偏析度达到最大值。
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  Q345B中厚板连铸坯中间裂纹成因分析及控制

  元鹏飞, 蒋朝晖, 赵海明

  连铸. 2021, 40(4): 38-42.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20200132

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  针对太钢280 mm×2 000 mm断面Q345B连铸坯中间裂纹导致的锻造过程裂口缺陷问题,采用低倍检验、模型计算等手段分析了铸坯中间裂纹形成机理,在此基础上提出Q345B裂纹缺陷解决措施,为降低铸坯锻造材裂口缺陷率提供了技术支撑。结果表明,太钢Q345B铸坯中间裂纹的主要影响因素为设备辊缝精度,同时连铸工艺参数也是铸坯裂纹形成和扩展的重要条件。针对上述原因,采用提高辊缝精度、降低过热度、增加二次冷却强度工艺可以提高等轴晶,基本消除了中间裂纹缺陷;开发的凝固末端电磁搅拌工艺可以根本上改善内部质量,彻底解决了中间裂纹问题。
连铸设备
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  连铸恒温出坯电磁感应加热温度场分布与演变

  徐燕祎, 张云虎, 李清平, 郑天晴, 翟启杰

  连铸. 2021, 40(4): 43-58.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20210030

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  连铸恒温出坯是实现连铸直轧的有效手段,为了实现圆坯恒温出坯的目的,依据感应加热原理提出在连铸坯切割段变功率感应加热恒温出坯的方法,通过数值模拟研究了恒温出坯方法的可行性。研究发现,通有交流电的感应线圈在铸坯内部产生磁场和感应电流,上述物理场主要集中在铸坯表面。此外,感应电流产生的焦耳热对连铸坯起到均温作用,均温效果随着电流频率或铸坯移速的增大先增强后减弱。研究表明,变功率感应加热实现圆坯连铸恒温出坯的方案是可行的。为了优化感应加热功率,建立了感应线圈加热功率计算模型。根据感应线圈加热功率计算模型,实现恒温出坯的加热功率与连铸坯几何尺寸、物性参数、初始温度、运动速度和线圈长度密切相关。
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  电磁搅拌智能控制系统在连铸中的应用与实践

  刘志远, 丁宁, 王重君, 郭文斌, 罗诚, 吕思瑞

  连铸. 2021, 40(4): 59-65.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20210069

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  电磁搅拌技术是提高铸坯内部质量,扩大可浇品种的有效手段。为了解决3号板坯连铸机二冷区电磁搅拌改造前C级品率仅为45.48%、中心疏松比例为14.72%的质量问题,实施电磁搅拌智能控制系统,在拉速、中间包温度、钢种等工艺条件变化时利用电流实时波动形成振荡磁场,同时通过钢水纯净度、辊缝精度、窄温度窄成分控制等手段实现工艺的全面优化。研究结果表明,C级品率由原来的45.48%提升到100%,中心疏松比例由原来的14.72%降为0,钢板探伤合格率由95%提高到99.80%以上,达到装备轻压下铸机的铸坯质量控制水平。
技术交流
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  基于动态时间弯曲和k近邻分类预测铸坯纵裂纹

  段海洋, 王旭东, 姚曼

  连铸. 2021, 40(4): 66-71.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20210060

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  纵裂纹是典型的铸坯表面缺陷,严重影响过程顺行和连铸坯质量。铸坯表面纵裂纹的识别和预测对于铸坯质量的提升具有重要意义。针对纵裂纹形成与扩展过程中,结晶器热电偶温度在时间序列上的动态演化和一维传播特征,捕获和提取了纵裂纹和正常工况下热电偶时序温度的典型变化趋势;运用动态时间弯曲(Dynamic Time Warping,DTW)方法度量不同工况下时序温度的相似性和差异性,结合k近邻(k-Nearest Neighbor,kNN)分类算法,建立了针对连铸坯纵裂的在线识别和分类模型。结果表明,建立的模型对纵裂纹和正常工况样本具有较高的识别准确率。提出的基于温度时序特征动态时间弯曲及kNN方法的纵裂预测模型,为铸坯纵裂的实时检测和准确预报提供了可靠途径。
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  板坯高拉速的研究与实践

  刘志远, 杨全海, 王重君, 郭文斌, 罗诚, 丁宁

  连铸. 2021, 40(4): 72-78.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20210070

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  连铸机的高拉速生产是大幅度提高连铸生产效率的最有效措施之一。为了解决连铸中间包寿命低与连铸机拉速慢而导致炉机不匹配的问题,从中间包寿命提高与拉坯速度调控两方面入手,通过优化设备结构与提高连铸机效率两种手段对生产工艺进行优化。结果表明,整体工艺优化后可以大幅提高炉机匹配能力,加快钢水消耗,并提高了连铸机的生产效率,为高效连铸打下了坚实基础。