2023年, 第42卷, 第1期　刊出日期：2023-02-18

  

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连铸工艺
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  板坯连铸结晶器电磁搅拌流场模拟

  卢海彪, 张辉琪, 钟云波, 任维丽, 雷作胜

  连铸. 2023, 42(1): 1-9.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220092

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  电磁搅拌对结晶器内流场和钢渣界面行为影响显著,通过建立1∶5的板坯连铸结晶器电磁搅拌物理模型试验系统和实际结晶器的数学模型,研究了不同搅拌电流对结晶器内流场的影响,并引入了自由表面冻结指数和卷渣指数分别评价自由表面钢液冻结和卷渣概率。结果表明,物理模拟试验系统测得的流场可为数值模拟提供验证支撑;当不施加电磁搅拌时,结晶器内流场为典型的双环流结构,自由表面流速较小,自由表面冻结指数为0.52,卷渣指数为0;施加电磁搅拌后,在结晶器上部形成水平环流,自由表面流速增大;增大搅拌电流,环流效果更加显著,自由表面冻结指数降低卷渣指数增大,当搅拌电流为700 A时,冻结指数降低至0.04,卷渣指数增加至0.245。因此,综合考虑卷渣指数和冻结指数可知,较优的搅拌电流为600 A。
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  电磁搅拌对液态夹杂物聚并及去除行为的影响规律

  李向龙, 孙群, 屈天鹏, 王德永

  连铸. 2023, 42(1): 10-17.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220082

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  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,基于大涡模拟理论及欧拉-拉格朗日方法,对CSP结晶器内的多相流动及夹杂物碰撞聚并及去除行为展开深入分析。结果表明,电磁搅拌加剧了钢液在结晶器中的湍流强度,并促使更多夹杂物聚并上浮至渣金界面。并且,由于水平方向流速较大,钢液射流被限制在了电磁搅拌区域,显著降低了钢液射流深度,有利于夹杂物上浮。此外,由于电磁力的存在加剧了渣金界面波动,容易造成卷渣,因此,电磁搅拌对夹杂物的去除影响是双向的,既会提升内生夹杂物去除率,也会增加外来夹杂物的卷入风险。本模型对控制CSP结晶器连铸过程具有一定指导意义。
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  SWRH72B-S绞线钢连铸小方坯凝固温度场数值模拟

  张小伟, 白晓路, 石磊, 康欣蕾, 张超杰, 张立强

  连铸. 2023, 42(1): 18-23.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220066

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  为研究适于6号连铸机的凝固传热模型,通过实际生产数据对相关参数进行修正,并通过低碳焊丝钢铸坯白亮带、液芯宽度、空冷段铸坯表面温度进行分析研究,验证了准确性。并且对拉速、过热度以及比水量进行计算分析,得出它们对铸坯表面温度、液芯末端位置的影响程度。结果表明,采用符合特定连铸机的凝固传热模型,并利用模型对生产工艺进行了探讨,可以提高铸坯内部质量。
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  气幕挡墙对中间包流场和夹杂物去除的影响

  左小坦, 赵立, 张亚兵, 张旭彬, 王强强

  连铸. 2023, 42(1): 24-30.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220081

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  为了减轻高钛含量下钢水连铸过程夹杂物产生的不利影响,建立了中间包流场、夹杂物运动及去除模型,考虑了气泡对夹杂物的吸附,重点研究了气幕挡墙及其安装位置对流场和夹杂物的影响。结果表明,小粒径颗粒在钢水带动下跟随性好,且自身浮力小,在无吹气情况下,1~10 μm粒径的夹杂物去除率较低。当吹气流量为5 L/min时,Al₂O₃和TiN夹杂物的去除率均明显提高,在粒径范围1~10 μm内,Al₂O₃的去除率为21.7%~34.6%,TiN的去除率为22.7%~33.14%。当气幕挡墙位于湍流抑制器和上挡墙之间时,由于钢液形成的回流速度大,夹杂物和气泡碰撞的概率增加,进而被气泡捕获的概率增加,更有利于夹杂物的去除。本研究为高钛钢连铸过程夹杂物去除提供了理论指导。
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  感应加热时钢坯物理性能对温度场的影响

  姜滔, 肖红, 刘勇, 蒋晓奇

  连铸. 2023, 42(1): 31-40.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220070

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  为研究钢坯各物理性能在感应加热过程中对温度场的影响,建立移动钢坯的电磁-传热耦合有限元模型,采用单因素分析法首先研究了某一特定物理量对钢坯温度场的影响,接着对比分析了物理性能相差较大的两种钢坯在多物理量均随温度变化时对温度场的影响。结果表明,相对磁导率对截面温度的影响主要由产生的较大感应电流及其较浅趋肤深度导致;在相对磁导率和热导率共同作用下,碳钢芯表温差略有缩小,不锈钢芯表温差略有升高;此外,结合实际加热过程--当多物理性能均随温度变化时,碳钢的电导率和比热容能减弱相对磁导率使加热过程中表面温度快速升高这一影响;最后的试验数据显示,在温度上升趋势一致的同时,理论计算较实际加热的结果高2.44%~6.97%。
铸坯质量
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  52CrMoV4弹簧扁钢连铸坯内部裂纹产生机理及预防

  杨奇军, 杨庚朝, 刘建, 王旭冀, 赵阳

  连铸. 2023, 42(1): 41-46.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220078

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  连铸坯的质量直接与后续的轧制过程以及中厚板的质量密切相关。通过低倍组织检验、显微组织观察、化学成分分析等方法对52CrMoV4弹簧扁钢连铸坯芯部裂纹产生的原因进行了分析。结果发现,该钢连铸坯中Cr、Mn、Mo等合金元素造成的中心偏析引起冷却过程中发生马氏体相变,产生了较大的拉应力,是导致52CrMoV4弹簧扁钢连铸坯出现芯部裂纹的主要原因。采取了提高钢水洁净度、降低浇注温度和拉坯速度、加大电磁搅拌力和冶炼时增加氮的质量分数等改进措施后,消除了52CrMoV4钢铸坯芯部裂纹缺陷,有效改善了铸坯芯部质量,最终轧制弹簧扁钢心部质量良好,完全满足客户使用需求。
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  齿轮钢20CrMnTiH淬透性/宏观偏析控制

  范斌, 刘利, 张时雨, 刘宁宁, 刘晓明, 王强

  连铸. 2023, 42(1): 47-54.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220094

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  针对近期ø500 mm断面20CrMnTiH淬透性波动幅度较大问题,通过改变拉速、结晶器电磁搅拌、二冷比水量等参数,对比取样分析改变参数前后的低倍组织、碳偏析量以及淬透性。结果表明,采用改变后的生产参数进行生产,等轴晶率下降幅度较小,宏观偏析以及淬透性波动幅度明显下降,产品质量提升明显。生产参数调整对比中150 A、1.5 Hz结晶器电磁搅拌参数下的宏观偏析和淬透性波动情况明显好于200 A、1.5 Hz结晶器电磁搅拌参数情况。因此,采用拉速0.35 m/min、二冷区各分段水量为40 L/min、21 L/min、13 L/min,二冷比水量0.134 L/kg、结晶器电磁搅拌150 A、1.5 Hz以及末端电搅100 A、7 Hz参数,改善了齿轮钢20CrMnTiH淬透性/宏观偏析波动大的情况。
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  HRB400热轧带肋钢筋铸坯质量缺陷原因分析及优化

  李解, 张鲲, 李强, 张康晖, 皇祝平

  连铸. 2023, 42(1): 55-60.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220084

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  针对HRB400连铸坯脱方、表面及内部裂纹问题,跟踪排查连铸生产过程,发现铸坯质量缺陷主要与结晶器振动参数、二冷工艺、足辊等因素有关。通过将结晶器振程由7.5 mm提高至8.5 mm,结晶器冷却水量由2 300 L/min降低至2 100 L/min,二冷比水量由1.30 L/kg提高至1.56 L/kg,安装结晶器足辊、挡水板,定期检修维护连铸喷嘴、对弧等措施,铸坯脱方率由1.5%降低至0.1%,角部裂纹发生率由3.2%降低至0.6%,中间裂纹不高于0.5级占比由8.3%提高至92.6%,中心裂纹不高于0.5级占比由85.0%提高至100%,铸坯质量明显改善,成品钢筋质量、性能符合要求。
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  包晶钢15CrMoG方坯表面缺陷分析与改进

  林鹏, 张洪才, 左辉, 许正周, 翟万里

  连铸. 2023, 42(1): 61-65.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220065

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  针对包晶钢15CrMoG的200 mm×200 mm连铸坯存在表面凹陷及纵裂漏钢问题,对铸坯表面检查进行分析及试验对比。结果表明,结晶器铜管和保护渣传热不均及二冷强度低导致表面产生凹陷缺陷及漏钢问题。通过将结晶器铜管锥度从0.72%/m提到1.10%/m、保护渣碱度从0.72提到1.05、黏度从0.44 Pa·s提到0.74 Pa·s、熔化温度由1 170 ℃提高到1 191 ℃及二冷比水量从0.30 L/kg提高到0.45 L/kg等措施,改善结晶器冷却传热和二冷段喷淋冷却效果,提高铸坯冷却均匀性,使得铸坯缺陷明显改善。
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  Mn13高锰钢连铸坯冷却过程中碳化物的析出特征

  林鸿亮, 尚秀玲, 施斌卿

  连铸. 2023, 42(1): 66-73.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220178

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  某企业Mn13钢采用连铸工艺生产,轧制后出现批量沿中心面分层开裂的情况,且开裂比例远高于模铸坯料,初期试验证实这与坯料中心面附近粗大碳化物析出有关,因此重点研究Mn13钢连铸坯在凝固及冷却过程中碳化物的析出特征。本研究通过Thermo-calc热力学计算和实验室模拟冷却组织观察的方法研究了Mn13钢冷却过程中碳化物的析出行为,计算结果表明,在热力学平衡条件下,碳化物在847 ℃时开始析出,到557 ℃时碳化物全部析出。模拟冷却试验的组织观察结果表明,在冷却处理前(650 ℃以上)没有可见的碳化物析出;冷却至550 ℃时碳化物开始明显析出,400~550 ℃为碳化物析出的敏感温度区间。在生产过程中,连铸坯在400~550 ℃温度区间应该选择快速冷却方式避免碳化物析出。此外,现场工艺实践表明,采用合理的连铸工艺(如钢水过热度、电磁搅拌及动态轻压下工艺)也有助于改善Mn13钢铸坯中心偏析问题,减轻铸坯凝固过程中芯部的碳化物析出倾向。
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  非稳态浇注对帘线钢洁净度的影响

  牛帅, 邓伟, 王得炯, 胡志勇, 王凯民, 王宇航, 唐海燕

  连铸. 2023, 42(1): 74-81.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20230002

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  为全面掌握某钢厂帘线钢在非稳态浇注工况下的洁净度水平,为生产制定合理的头尾坯长度以及进行产品分级管理提供依据,对非稳态浇注和稳态浇注工况下的连铸坯分别取样,对比分析其洁净度差异,并通过水力学试验模拟分析了中间包充包过程中的渣-钢界面行为,进而解释了造成铸坯洁净度差异的原因。研究结果表明,非稳态浇注工况下帘线钢铸坯的洁净度明显低于稳态工况,其中T.O质量分数是稳态浇注工况的1.76倍,N质量分数是稳态浇注工况的1.23倍;两种工况下的显微夹杂物分别为52.89 个/mm²和26.1 个/mm²,大型夹杂物分别是11.49 mg/10 kg钢、4.36 mg/10 kg钢。充包时钢液裸露、二次氧化和卷渣是造成非稳态浇注时铸坯洁净度差的主要原因。
连铸设备
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  水口结构对薄板坯初始凝固行为的影响

  张剑君, 王子超, 刘青, 窦坤

  连铸. 2023, 42(1): 82-88.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220064

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  以薄板坯连铸结晶器为研究对象,采用有限元法,建立了流动、传热、凝固的三维耦合数学模型。重点研究了拉速及双侧孔水口出口面积比对结晶器内自由液面流动情况、铸坯表面温度分布与凝固坯壳生长的影响。结果表明,当拉速由6 m/min减少到4 m/min时,液面波动由±10.5 mm降至±4.5 mm,而结晶器出口处的坯壳厚度将由7.1 mm增加到9.5 mm;当水口出口面积比由1.56增加到2.00时,液面波动由±9.1 mm降至±7.1 mm,出口处的坯壳厚度减薄了0.4 mm。
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  30 t对称四流小圆坯中间包结构优化

  刘宇航, 宋景凌, 朱庆桂, 李恒华, 牛亮, 杨树峰

  连铸. 2023, 42(1): 89-96.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220085

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  为了优化某钢厂30 t对称四流小圆坯中间包的冶金效果,以该钢厂当前使用中间包为原型,根据相似原理,利用水模型模拟对其内部控流装置进行优化,测量不同情况下中间包的RTD曲线,进而计算出中间包内钢水的峰值时间、死区比例等指标。结果表明,原型中间包的中间包冶金效果不佳,根据优化方案,导流板每面开双孔时,较优方案为方案3,此时中间包死区比例为10.96%;导流板每面开单孔时,较优方案为方案18,此时中间包内死区比例为8.74%,但此中间包冶炼结束时,中间包内留钢量较大,经济成本较高。综合来看,使用双孔较优方案最佳。
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  大方坯连铸结晶器水口优化模拟探究

  周晨阳, 黄军, 张亚竹, 王舒皓, 张恒

  连铸. 2023, 42(1): 97-105.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220091

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  为了研究不同浸入式水口类型对结晶器内流场流动的影响,以结晶器水口优化为出发点,利用物理模拟和数值模拟两种手段对断面280 mm×380 mm大方坯结晶器不同水口开展优化研究。本研究首先构建了一个1∶1结晶器水模拟试验装置,实现不同浸入式水口下的连铸流动模拟,利用PIV测量了不同水口下的结晶器截面流场,然后利用Fluent软件进一步研究了浸入式水口开孔角度、开孔数目、安装角度等参数变化对结晶器内流场以及液面波动的影响。物理模拟和数值模拟研究表明,开孔角度向上时,波动范围大于5 mm;开孔角度水平时,对窄面冲击速度过大,达到0.35 m/s;较双孔水口,四孔水口液面速度为0.22 m/s,小于卷渣临界速度值;水口安装角度改为对角线时,强化了内流场角部流动,整个流场流动更加稳定。
技术交流
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  中间包板间密封不良的原因分析和改进

  曾立 刘航, 梅宁, 刘延强, 肖华生, 杨春宝

  连铸. 2023, 42(1): 106-111.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220061

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  针对连铸机生产过程因中间包板间密封不良导致的钢液二次氧化和板间滋钢问题,现场跟踪系统分析了快换机构油缸、机构滑道、机构弹簧压力、水口烘烤及水口板面等因素对密封效果的影响。分析结果表明,板间密封主要与快换机构设备精度、烘烤工艺操作及水口板面质量有关。通过提升快换机构滑道维护标准、提高弹簧压力、规范油缸行程,优化上水口和浸入式水口烘烤制度,规范板面平整度,板面涂抹石墨质涂料,推行精细化操作等措施,连铸生产过程中中间包板间密封效果大幅提升,板间密封氩气背压合格率由75%提高至98%,板间吸气造成的结晶器液位波动大于±3 mm发生率由3.0%降低至0.1%以下,板间滋钢发生率由1.5%降低至0.01%以下。
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  钢包滑板油缸自动装拆系统的开发及应用

  刘长伟, 刘永军, 袁淳安, 陈超, 付军

  连铸. 2023, 42(1): 112-117.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220170

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  针对炼钢厂连铸机滑板油缸人工装拆工位,开发机器人替代人工进行作业的系统设备。结合现场实际环境,通过机器人、视觉系统及相关夹具的配合使用说明系统的总体方案,阐述相关工装夹具的设计原理及结构,并对机器人系统进行仿真试验,为机器人在连铸机滑板油缸自动安装打下了基础,同时为推广机器人技术的广泛应用提供技术参考。设备采用机器人替代人工,使人工脱离高强度工作的同时也减少了相应的安全风险,为炼钢厂的安全生产、智能制造做出努力。
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  异型坯连铸机Q235B生产实践及工艺

  宁英衣

  连铸. 2023, 42(1): 118-123.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220176

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  为给型钢提供优质的铸坯,减少腹板裂纹、中心疏松等质量缺陷发生,研究了Q235B生产过程中的工艺条件,掌握了铸坯腹板裂纹和中心疏松产生的机理。通过控制钢水成分和洁净度、优化结晶器冷却及二次冷却工艺、优化保护渣工艺及水口插入深度等措施,保证铸坯在凝固过程中实现冷却均匀,降低铸坯表面温降,有效杜绝了铸坯表面腹板裂纹的发生,铸坯中心疏松等级控制在1.0以下。