2022年, 第41卷, 第5期　刊出日期：2022-10-18

  

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连铸工艺
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  连铸方坯直轧输送过程中温度场的数值模拟

  吴海龙, 岑传富, 曹宇, 钟山, 刘莹, 陆好健

  连铸. 2022, 41(5): 1-9.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220033

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  连铸直接轧制工艺顺利进行的核心因素是连铸坯的温度,为解决连铸直轧过程铸坯温度和速度的衔接问题,采用ANSYS软件模拟了从结晶器弯月面到轧机前整个过程中铸坯的温度变化和坯壳厚度,并在此基础上分析了不同拉速、浇铸温度及比水量等工艺参数对铸坯温度、坯壳厚度、凝固终点位置的影响规律。模拟结果表明,拉速为2.8 m/min、浇铸温度为1 550 ℃、比水量为1.4 L/kg的工艺条件下,且铸坯到达轧机前平均温度保持在900 ℃以上,可以满足直接轧制工艺要求。这有利于连铸与轧制两个工序的顺利衔接,为钢厂连铸车间的改造提供一定的理论指导。
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  组合式电磁搅拌在铁素体不锈钢中的应用

  孙仁宝, 马骏鹏, 王伟, 陈法涛, 李晓军

  连铸. 2022, 41(5): 10-16.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220087

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  在铁素体不锈钢连铸过程中单独使用箱式电磁搅拌存在低倍组织中等轴晶比例控制不稳定以及搅拌强度带来的白亮带等问题。为改善铁素体不锈钢的低倍组织,开展了组合式电磁搅拌在铁素体不锈钢的应用。在工业试验条件下,分析了单独箱式、单独辊式以及箱式＋辊式组合电磁搅拌等3种搅拌模式对410、430、441等铁素体不锈钢等轴晶比例和低倍质量的影响。结果表明,单独箱式和单独辊式均不能稳定控制铁素体不锈钢等轴晶比例。二冷上段单独施加箱式电磁搅拌或二冷下段单独施加辊式电磁搅拌,等轴晶比例均在50%以下。采用箱式＋辊式组合电磁搅拌,较高拉速条件下(1号连铸机),对两段组合式电磁搅拌参数进行优化,箱式搅拌参数1 210 A、2.7 Hz和辊式搅拌参数350 A、8 Hz,可以稳定地将等轴晶比例控制在60%以上,同时可以将二次柱状晶消除,得到较为理想的低倍组织;在较低拉速条件下(8号连铸机),采用箱式搅拌参数1 200 A、3.5 Hz和辊式搅拌参数380 A、8 Hz组合,白亮带缺陷明显改善。
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  EMBr对高拉速薄板坯钢水动态行为影响的模拟

  马明, 郑旭涛, 喻尧, 王诗, 田振, 谢清华

  连铸. 2022, 41(5): 17-22.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220028

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  在高拉速薄板坯的生产工艺研究中,结晶器内钢水流场是决定坯壳均匀性、液面卷渣概率等铸坯质量问题的关键因素。EMBr能够显著改变钢水流场,是改善这些问题的关键工艺技术。因此,对结晶器内钢水流场的模拟、分析与优化是必不可少的工作。以往的研究中,相关的数据与理论指导较少,针对薄板坯无头轧制产线,高拉速连铸机的分析与研究更鲜有报道。因此基于该高拉速连铸机,采用数值模拟方法获得了结晶器内不同电磁制动电流强度的磁感强度分布。采用电磁与多相流耦合模式,针对不同磁感强度条件下的结晶器钢水流场分布与液面形貌进行了仿真模拟,并分析了电磁制动对液面波动的影响。结果表明,基于固定的工况环境,电磁制动电流值为175 A时钢水流场分布均匀,钢水液面流速相对最低,最高流速约为0.6 m/s,同时液面高度差与剪切角相对最小。该条件最有利于减少因坯壳不均或液面卷渣造成铸坯缺陷的概率。电流值225 A相比125 A时,钢水液面位置磁感强度仅提高0.02 T,液面到达稳定时间仅缩短约1 s。因此存在综合评判下的最优电流值。
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  多流中间包流场模拟研究及优化

  赵占山, 王诗, 任涛, 李毅, 张忠福, 王庆

  连铸. 2022, 41(5): 23-29.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220034

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  为了减少多流中间包的卷渣概率、提高对夹杂物的去除能力,采用物理模拟及数值模拟的方法对某钢厂六流中间包内部流场特性进行分析和优化。研究表明,导流孔仰角对中间包内流场及温度场有较大影响。改进后的挡墙使用25°仰角导流孔使各流最大温差由5.2 ℃降至2.4 ℃。较小的导流孔仰角对夹杂物去除有利,25°的仰角各流均匀性较好。提高挡坝高度亦有利于夹杂物上浮,推荐的挡坝高度为650 mm。另外建议现场浇注高度保持在100 mm以上以消除卷渣现象的不利影响。
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  连铸铁泥制备纳米α-Fe₂O₃及光催化去除Cr(Ⅵ)

  赵泽坤, 李素芹, 郭鹏辉

  连铸. 2022, 41(5): 30-36.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220044

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  连铸铁泥富含铁元素,资源化利用是必然选择。以连铸铁泥为原料,采用水热法成功制备纳米α-Fe₂O₃,实现高附加值利用。研究结果显示,所制备的纳米α-Fe₂O₃为均匀的球状介孔结构,比表面积为48.78 m²/g,平均晶粒尺寸约40~50 nm,较大的比表面积与较小的晶粒尺寸可提供大量的光催化活性位点,有利于提升材料的光催化性能。将纳米α-Fe₂O₃应用于Cr(Ⅵ)脱除的光催化剂,显示较好的Cr(Ⅵ)废水脱除效果,180 min内去除率可达100%。经过5次循环后,Cr(Ⅵ)的去除效率仍可达到89.2%,说明纳米α-Fe₂O₃具有良好的可重复使用性。对光催化去除Cr(Ⅵ)的反应机理进行研究,表明光生电子(e^-)、羟基自由基(·OH)和超氧阴离子(·O₂^-)是参与Cr(Ⅵ)去除的主要活性物质。本研究可将工业副产品连铸铁泥转化为高附加值的纳米材料,并为重金属废水脱除提供了一个新的思路,有较高的实际应用价值。
铸坯质量
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  CeAlO₃夹杂物在中间包覆盖剂的溶解行为

  郑祥, 亓捷, 郑毅浩, 刘承军

  连铸. 2022, 41(5): 37-42.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220056

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  钢中存在的大量高熔点稀土夹杂物会在连铸过程中引发水口结瘤问题。通过静态法和热丝法高温原位观察研究了CeAlO₃夹杂物在中间包覆盖剂的溶解行为。静态试验研究结果表明,CeAlO₃在溶解过程中会产生中间层。随着溶解时间的增加,CeAlO₃溶解程度加剧,溶解形成的中间产物CaCeAl₃O₇逐渐长大。热丝法(SHTT)原位观察试验表明,CeAlO₃颗粒在溶解过程表观尺寸先降低后增加最后保持相对稳定。CeAlO₃在当前熔渣的溶解通过与渣中CaO反应形成产物层,然后形成的产物层向渣中溶解。因此,CeAlO₃在当前熔渣中的溶解方式为间接溶解。
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  精炼渣成分对42CrMo钢洁净度的影响

  刘维, 吴华杰, 李学, 孙彦辉, 李明

  连铸. 2022, 41(5): 43-49.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220043

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  为了研究不同精炼渣对42CrMo钢中洁净度和夹杂物数量、尺寸的影响,采用渣-钢平衡试验和FactSage热力学理论研究了CaO-Al₂O₃-SiO₂-MgO四元渣系对42CrMo钢中洁净度和夹杂物控制的影响规律。结果表明,当初渣碱度(CaO/SiO₂的质量比)和钙铝比(CaO/Al₂O₃的质量比)分别为5和1.8时,能将钢中T.[O]质量分数降至7.5×10^-6,同时夹杂物尺寸控制良好,均小于8 μm,在该渣系条件下,42CrMo钢的精炼效果最好;研究还表明,钢中夹杂物成分受渣系影响较大,特别是钢中夹杂物Al₂O₃含量受渣中Al₂O₃活度影响较大,Al₂O₃活度高的精炼渣渣系去除夹杂物Al₂O₃的能力弱,导致此精炼渣系下钢中夹杂物Al₂O₃含量高。
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  轴承钢连铸过程中非金属夹杂物群迁移行为的分析

  赵新凯, 田凤喜, 高文娟, 张迎涛, 毛福来, 张炯明

  连铸. 2022, 41(5): 50-61.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220027

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  为了研究轴承钢方坯连铸过程中存在的非金属夹杂物聚集问题,建立了凝固过程的流-固耦合模型,采用数值模拟和现场试验相结合的方法,研究了浇注过程中夹杂物族群的迁移行为。结果表明,在断面、结晶器搅拌强度和浸入式水口对比方面,较大断面、较强搅拌和带侧孔的水口对改善铸坯中10 μm以下的夹杂物比较有利,5～10 μm级别夹杂物最易被初生坯壳捕捉。结果显示,5 μm以下的中间包钢液中微观夹杂物数量过大,在浇注过程中会促进夹杂物族群间的碰撞迁移,导致铸坯中20～30 μm级别夹杂物数量增多,但对50 μm以上的大尺寸夹杂物影响甚微;铸坯中该大尺寸级别的夹杂物主要直接来源于中间包。这些研究结果对弄清夹杂物的来源,改善轴承钢疲劳寿命具有重要意义。
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  含硼钢铸坯表面裂纹缺陷控制

  刘涛, 陈永峰, 王东兴, 赵立, 张亚兵, 左小坦

  连铸. 2022, 41(5): 62-68.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20210151

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  利用扫描电镜和金相分析等对含硼钢铸坯表面典型裂纹进行了观察,结合裂纹产生的机理,从结晶器铜管、二冷区冷却、保护渣理化性能3方面对芜湖新兴10B21含硼钢铸坯表面裂纹的产生进行了分析。分析结果显示,优化结晶器铜管材质和锥度、调整二冷区比水量与分配比以及协调保护渣润滑与传热效果均有利于减少含硼钢铸坯的表面裂纹缺陷。生产实践表明,通过将结晶器铜管由普通镀硬Cr改为Ni-Cr复合电镀,总锥度由优化前2.0%/m降低至1.8%/m;二冷区比水量由0.6 L/kg降至0.5 L/kg,分配比由34∶34∶20∶10∶2调整至31∶26∶20∶13∶10;保护渣黏度由1.358 Pa·s降低至1.169 Pa·s,碱度由0.75提高至0.98。最终铸坯表面裂纹率由原来的最高达17.4%降低至2.3%,同时铸坯表面光滑,振痕较为平整、有规则,轧材的成材率也由原来的86%提高至95%。
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  10B21微合金钢生产工艺全流程洁净度分析

  焦魁明, 张亚兵, 赵立, 左小坦, 王东兴, 陈永峰

  连铸. 2022, 41(5): 69-75.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20210150

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  为了探究影响10B21钢生产稳定性的因素,提高钢材的质量,满足客户需求,对全流程洁净钢夹杂物进行取样分析。结果表明,全流程各工位的夹杂物的类型主要为7种类型,分别为CaO-Al₂O₃-MgO-CaS-TiN、CaO-Al₂O₃-MgO-CaS、Al₂O₃、MnS、MnS-Al₂O₃、Al₂O₃-TiN和MnS-TiN,除了转炉工位的样品夹杂物类型相对复杂,其余工位夹杂物主要是CaS-Al₂O₃-MgO-CaO-TiN,不同炉次氧氮含量波动较大,尤其是转炉终点氧含量控制不稳定,LF精炼过程中夹杂物变化幅度大,且软吹操作后生成尺寸为80~100 μm的大型球状夹杂物,其主要成分是CaO-Al₂O₃-MgO-CaS-TiN,即以氧化钙氧化铝为形核中心外部伴生有氧化镁并被硫化钙以及氮化钛包裹的形式存在,该成分的夹杂物在LF精炼喂钙线后开始生成,由于精炼渣流动性低,对钢液覆盖效果差,易发生二次氧化,使得夹杂物在软吹阶段明显聚集长大。
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  厚板坯角部凹陷裂纹的控制措施

  钱志友, 汪德富, 邓俊棕, 郭蕊, 张晓迪

  连铸. 2022, 41(5): 76-81.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220042

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  角部凹陷裂纹是厚板坯连铸生产中常见的质量缺陷,随着板坯厚度的增加,角部凹陷裂纹发生率不断提高,已成为制约厚板坯质量提升和品种开发的重要因素。针对260 mm×2 800 mm、320 mm×2 800 mm断面板坯,研究了角部凹陷裂纹出现的位置、形貌及组织,分析了铸坯角部在结晶器内的凝固收缩行为的影响因素,获得了厚板坯角部凹陷裂纹控制方法。通过研发曲面窄面铜板结晶器,适应坯壳在结晶器中的收缩;增加窄边足辊对数延长二冷区冷却时间;提高保护渣黏度以增加结晶温度和传热性能;调整结晶器振动参数等控制措施,有效解决了厚板坯角部凹陷裂纹的难题,260 mm×2 800 mm与320 mm×2 800 mm角部凹陷裂纹的发生率分别降低至0.41%和0.86%,为板坯热装热送创造了有利条件。
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  Q355B钢板表面星裂缺陷的研究与控制

  王龙飞

  连铸. 2022, 41(5): 82-87.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220079

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  为解决Q355B钢板材表面星状裂纹问题,采用热力学计算、金相分析、修磨、抛丸、酸洗、低倍分析、扫描电镜及能谱分析等方式对表面星状裂纹产生的原因进行了系统研究。研究结果认为,Q355B钢板表面裂纹处未发现脱碳层、氧化原点、第二相粒子、夹杂物和铜元素,说明裂纹不是源于铸坯缺陷。对铸坯分别进行热装和冷装发现冷装铸坯生产的钢板裂纹比例较低,结合两相区分析表明星状裂纹产生主要与铸坯在Ar₃～Ar₁两相区767~677 ℃内进行热装有关。通过自主设计喷淋装置,控制铸坯喷淋前温度在790 ℃以上,在入加热炉前对铸坯进行喷淋冷却至510 ℃以下从而使入炉温度低于635 ℃,Q355B钢热装星裂由攻关前的0.99%降至2021年攻关后的0.07%。
连铸设备
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  控流装置对四流中间包钢水洁净度的影响

  刘喜锚

  连铸. 2022, 41(5): 88-94.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220035

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  为了研究控流装置对中间包钢水洁净度的影响,采用数值模拟和工业试验验证结合的方法对钢厂方坯连铸中间包进行优化。通过在原型中间包基础上增加U型挡墙,使得响应时间增加5 s,峰值时间增加371 s,改善了钢液在中间包内的短路流现象;平均停留时间增加53 s,死区体积分数减小4.1%,活塞区体积分数增加17.3%,改善了夹杂物上浮的条件;各流一致性水平也得到了提高。工业试验结果表明,在受钢区与浇注区之间增加U型挡墙,使得中间包钢液中夹杂物去除率增加了29.05%,中间包各个区域夹杂物最大尺寸最大可减小26 μm,铸坯上夹杂物去除率增加38.42%,铸坯上夹杂物最大尺寸降至16 μm以下。在中间包中使用U型挡墙,提高了钢水的洁净度以及铸坯实物的质量。
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  单流板坯中间包挡坝结构优化的数值模拟

  邢力勇, 高宇, 张彩东, 么洪勇, 李杰, 田志强

  连铸. 2022, 41(5): 95-100.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220055

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  以某钢厂单流板坯中间包为基础,采用数值模拟的方法对中间包挡坝结构优化前后钢液流场及夹杂物去除效果进行了研究。结果表明,挡坝优化后部分钢液通过斜上导流孔流出,减弱了钢水沿挡坝向上流动对液面产生的冲击,也避免了其沿包底直接流出形成的短路流。30°导流孔条件下中间包钢液平均停留时间最长,死区最小,流动状态最合理。当导流孔角度进一步增加,钢液流出导流孔后快速汇入挡坝后方的大环流导致停留时间减少。30°导流孔结构的夹杂物去除率相比于原结构提高约11%。当导流孔角度进一步增大,夹杂物去除率下降,但都略优于原始挡坝结构。新导流孔结构工业应用后,各类夹杂物评级结果均显著提高。
技术交流
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  连铸坯在线定重切割技术工艺实践

  李伟, 黄大军, 吴帅, 夏金魁, 林倩, 张立强

  连铸. 2022, 41(5): 101-107.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220024

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  针对鄂钢生产过程恒温恒拉合格率偏低和炉机节奏存在钢水、铸机流与流之间重量差异等问题,引入连铸坯在线定重动态模型计算,实时监控连铸工艺状态及铸坯质量。该模型配合铸机、轧机设备精度升级,稳定轧材负差率,并对于拉速比率大于90%的铸机,降低拉速频次进行精准定尺切割。结果表明,连铸坯在线称重重量控制在±4 kg以内合格率大于80%,4 m以内非尺材产量大大减少,轧钢定尺率提升至99.4%以上。
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  220方低碳合金钢铸坯质量提升的实践

  眭志松, 康欣蕾, 韩德飞, 廖正发, 张超杰, 张立强

  连铸. 2022, 41(5): 108-113.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220041

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  为了研究出脱方和表面裂纹对铸坯质量的影响情况,通过理论及生产实践,采用了改善保护渣与钢种的匹配情况、调节结晶器水缝间距和优化二冷工序的方法,并比较了不同大R角铜管对表面裂纹的影响,优化设计了结晶器,从而抑制铸坯脱方和表面裂纹。结果表明,在进行大R角铜管对220方坯表面质量优化实践中,合理控制脱方诱因以及有效控制铸坯表面裂纹可以稳定提升铸坯质量。
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  大圆坯环形锻件探伤缺陷类型及机理论述

  韩蕾蕾, 邹春锋

  连铸. 2022, 41(5): 114-119.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20210152

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  为了揭示大圆坯锻件环形探伤不合格的原因,结合研究情况论述了多种不同类型缺陷形态及构成,并分析了各类型缺陷的宏观及微观特征、提出产生缺陷的原因以及解决措施。大圆坯锻件探伤不合格的主要原因有夹渣、内部裂纹以及应力裂纹3种形式,防止产生探伤不合格的主要工艺措施有防止产生二次氧化渣、结晶器卷渣以及水口堵塞、保证连铸在冷却过程的均匀冷却,降低钢中氧含量,并且避免产生应力集中的加工方式等。
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  无氟环保型KR脱硫剂的研究与应用

  韩宝, 邓勇, 杨利彬, 王龙星

  连铸. 2022, 41(5): 120-124.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220113

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  无氟环保脱硫剂对于环境和氟资源保护有重要意义,通过对铁水脱硫机理进行了计算分析,得出采用Al₂O₃微粉替代萤石作为KR铁水脱硫的助熔剂能够促进助熔作用的同时,降低铁水氧活度、提高反应温度。通过熔点及工艺研究获得最优无氟脱硫剂配比为15:85。工业试验结果表明,在脱硫剂中加入一定量的Al₂O₃有利于加快脱硫反应的速度,降低石灰的熔点,增加脱硫剂的脱硫率,提高石灰颗粒的利用率。无氟脱硫剂平均消耗量降低0.3 kg/t以上,平均终点硫质量分数为0.003 1%,脱硫率提高为86.13%,满足铁水脱硫任务的需求,实现了无氟脱硫剂的完全替代。
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  VUHZ检测控制系统在ESP产线的应用

  安守勇, 王鹏飞

  连铸. 2022, 41(5): 125-131.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220029

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  结晶器钢水液位检测和控制是连铸机生产控制的核心环节之一,稳定的结晶器液位对提高铸坯内部和表面质量、避免保护渣及其他非金属夹杂物卷入、减少漏钢或溢钢等生产事故具有重要意义。尤其是高拉速、高通钢量的ESP薄板坯连铸机,其对液位检测和控制的精度要求更高。以往在ESP连铸机使用的结晶器液位传感器均为NKK系统,其具有成熟的应用经验。针对VUHZ液位检测系统首次在ESP连铸机上的应用,通过优化系统控制参数、信号补偿、冷却水系统等解决了影响VUHZ传感器液位检测的问题。实践表明,在高拉速条件下,VUHZ系统液位控制精度及液位波动能够满足现场工艺生产要求。