2023年, 第42卷, 第4期　刊出日期：2023-08-18

  

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综合论述
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  连铸过程控制系统的发展及展望

  么洪勇, 张瑞忠, 李杰, 高宇, 曹金帅

  连铸. 2023, 42(4): 1-9.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220190

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  探讨了连铸过程控制(二级)系统的发展历程和现场应用情况,从连铸工艺的特点及相应的功能需求出发,讨论了过程控制系统在本工序内功能定位、数据产生及应用的现状及短板。结合当前数字化、智能化发展需求对连铸过程控制系统的要求进行了分析,探讨了连铸过程控制系统的结构、功能、开发和数据处理等特征。在此基础上进一步展望了面向未来智能化发展的方向,提出了过程控制系统的发展建议。
铸坯质量
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  碱度与BaO含量对保护渣理化性能的影响

  严立新, 邓必荣, 罗钢, 齐江华, 梁亮, 吴婷

  连铸. 2023, 42(4): 10-16.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220167

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  为获得适用于高拉速薄板坯生产的高结晶高润滑性保护渣组分范围,综合旋转黏度计、四探针法电导率测定仪、半球点熔点仪、X射线衍射分析仪,研究碱度和BaO质量分数对保护渣理化性能的影响规律。试验结果表明,保护渣碱度提高,熔点、转折温度、开始析晶温度、析晶比例均呈现先降低后升高的规律,而高温黏度变化较小,其中,转折温度和析晶比例分别在碱度为1.65和1.55时达到最低值;析晶矿相中枪晶石Ca₄Si₂O₇F₂矿相析出量减少,Ca₅MgSi₃O₁₂和CaF₂矿相析出量增加。当碱度相同时,保护渣中BaO质量分数增加,熔点略微降低;高温黏度呈现小幅波动;转折温度先降低后升高,在BaO质量分数为6%时最低;开始析晶温度降低,且开始析晶温度越来越接近转折温度。综合而言,碱度为1.65、BaO质量分数为6%的保护渣最有利于润滑和传热的协调控制。
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  二冷配水优化对钛微合金钢铸坯质量的影响

  孙风杰, 黄伟丽, 陈伟, 王杏娟, 李耀, 牛跃威

  连铸. 2023, 42(4): 17-22.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220159

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  基于德龙公司钛微合金钢DL350铸坯中心裂纹、三角区裂纹和产品伸长率不足的问题。通过二冷配水优化制度结合冶金限制准则建立了铸坯传热模型,进行了二冷配水优化的研究;采用ANSYS仿真模拟0.9~1.2 m/min下不同比水量铸坯的温度。结果表明,模拟和试验能够良好吻合,并且优化比水量后的铸坯质量得到了提升,依据拉速关联配水法得出了不同拉速下0.9、1.0、1.1、1.2 m/min最适宜的比水量分别为0.68、0.73、0.77、0.80 L/kg。在生产上也验证了模拟的正确性,从优化后生产铸坯的低倍形貌来看,铸坯缺陷明显消除,铸坯的表面及内部质量均满足轧制等工艺需要,最终提升了产品的伸长率,满足了生产需要。
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  齿轮钢20CrMnTiH连铸大圆坯宏观偏析控制

  范斌, 刘利, 张思远, 李浩秋, 刘晓明, 王强

  连铸. 2023, 42(4): 23-28.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220162

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  针对直径为ø650 mm的20CrMnTiH齿轮钢大圆坯质量不稳定问题,通过对比结晶器电磁搅拌、二冷比水量等参数,取样分析连铸工艺参数对铸坯低倍组织、碳偏析量的影响。结果表明,结晶器电磁搅拌强度200 A/1.5 Hz、二冷比水量37/26(0.101 L/kg)条件下的铸坯中心等轴晶率较高,且碳元素分布更均匀,碳极差为0.01%,因此,采用该参数可以保持较高的齿轮钢20CrMnTiH的铸坯中心等轴晶率并降低宏观偏析波动的情况。
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  钢坯枝晶腐蚀低倍检验技术的试样制备方法

  吴春雷, 史纯阳, 孙野, 刘研, 朱月阳

  连铸. 2023, 42(4): 29-33.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220161

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  全新的枝晶腐蚀低倍检验技术对钢坯试样的表面粗糙度和制备效率提出了更高要求。采用砂带机制备钢坯试样,考察使用不同粒数砂带时的精磨加工用时和表面粗糙度的变化规律,以此确定采用砂带磨削制备钢坯试样的最优方法。结果显示,对于表面凹凸不平、条件恶劣的钢坯试样,使用700 μm(24目)砂带能够快速去除氧化层,并获得光滑平整待检面,达到与铣床相同的加工效果。使用120 μm (120目)砂带开始对表面平整的待检面精磨,前后2次砂带的打磨方向保持垂直。随着砂带粒数减小,待检面粗糙度逐渐减低,在经6.5 μm (2 000目)砂带精磨后,横、纵向表面粗糙度均小于0.1 μm,满足枝晶腐蚀检测要求。在精磨待检面时,需要在使用起始粒数和低于23 μm (600目)砂带打磨更长时间,以保证对待检面的精磨效果。因此,采用砂带磨削能够高效地完成枝晶腐蚀检验的试样制备工作。
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  Q355热轧厚板的Z向拉伸层状撕裂缺陷分析

  刘晓峰, 申文君, 张创举, 潘时松, 戴林, 成国光

  连铸. 2023, 42(4): 34-40.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220164

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  为了提高Q355厚板的Z向拉伸塑性,通过拉伸断口形貌观察、夹杂物观察与统计、金相组织观察以及连铸坯凝固组织模拟,得出了Z向拉伸缺陷的形成原因,并探究了MnS夹杂物在厚板中心聚集出现的原因。结果发现,拉伸断口的脆断平台上布满MnS夹杂物,这些MnS只在厚板中心与马氏体一起出现,且伴随着严重的C、Mn偏析。厚板中心大量聚集性的MnS会形成一个大范围的脆裂影响域,从而造成厚板Z向拉伸缺陷。而MnS在厚板中心聚集出现的根本原因是连铸坯柱状晶过分发达形成严重的中心偏析,最终导致大尺寸的聚集性MnS和马氏体组织一起出现。避免过分发达的柱状晶出现、减少连铸坯中心偏析是改善Z向拉伸塑性的有效方法。
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  09CrCuSb钢方坯表面裂纹形成机理及控制实践

  史伟宁, 叶明在, 徐吉尤, 王军, 王柳, 袁渊

  连铸. 2023, 42(4): 41-47.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220184

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  09CrCuSb钢以其优异的耐硫酸露点腐蚀性能在省煤器、热交换器等设备的制造中广泛应用,但09CrCuSb钢在连铸过程中极易出现表面裂纹,从而严重影响成材率,成为亟待解决的问题。通过金相显微镜及扫描电子显微镜分析明确了原工艺参数条件下裂纹缺陷产生的原因为铸坯表层晶界上Cu及先共析铁素体的析出。通过将结晶器水量从2 166.67 L/min提高至2 666.67 L/min,结晶器电磁搅拌电流从400 A提高至450 A,二冷比水量从1.10 L/kg提高至1.20 L/kg,拉速从2.5 m/min提高至3.2 m/min,并在进出拉矫机范围内施加保温装置,有效抑制了铸坯表层晶界Cu及先共析铁素体的析出,铸坯表面质量优异,轧制圆钢磁粉探伤合格率从19.19%提高至99.07%。09CrCuSb钢方坯裂纹控制的开发实践为同系列低碳含Cu钢的铸坯裂纹控制提供了新思路。
技术交流
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  旋流水口对大圆坯结晶器内流动及夹杂物去除行为影响

  张志霄, 韩蕾蕾, 李向龙, 张佩, 屈天鹏, 王德永

  连铸. 2023, 42(4): 48-54.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220186

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  圆坯广泛用于风力发电、石油化工和机械制造等领域,然而夹杂物问题是大圆坯连铸的瓶颈,制约了大圆坯产品质量的进一步提高。为了提升夹杂物去除率,提出了一种三孔旋流水口,基于大涡模拟方法建立了圆坯结晶器三维瞬态数学模型,采用VOF方法描述渣-金界面的波动情况,研究了浸入式水口结构对结晶器流场的影响。研究结果发现,在使用旋流水口的情况下,结晶器上部存在许多不同尺度的漩涡,流场分布较为均匀,渣-金界面处波动平稳,速度在0.1 m/s左右。然而,在采用直通水口的情况下,结晶器上部流场速度很小,渣-金界面波动基本停滞,不利于化渣。此外,由于直通式水口射流深度较深,夹杂物不易上浮,夹杂物去除率只有2.05%。旋流水口射流深度较浅,在钢液中形成的环形流动可以有效地促进夹杂物上浮至渣-金界面,因此夹杂物去除率较高,达到了10.52%。综上,三孔旋流水口改善了钢液流动状态,活跃了渣-金界面,有利于净化钢液,对大圆坯生产具有一定借鉴意义。
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  单伺服电机驱动连铸结晶器非正弦振动技术

  周波, 余进涛, 田继勇, 周超, 张兴中, 方一鸣

  连铸. 2023, 42(4): 55-60.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20230005

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  针对电液伺服驱动的结晶器非正弦振动装置系统复杂、设备昂贵、维护费用高等问题,提出一种伺服电机-偏心轴-连杆驱动的结晶器非正弦振动技术。首先,阐述了伺服电机-偏心-连杆驱动实现结晶器非正弦振动的原理;其次,给出了实现结晶器非正弦振动时伺服电机转动规律的推导方法,并针对具体的非正弦振动波形函数,推导了伺服电机的转动规律表达式;最后,在实验室的试验样机上进行振动试验,结果表明,采用伺服电机-偏心-连杆驱动系统,能够准确地实现结晶器非正弦振动波形,设备运行平稳。本研究提出的结晶器非正弦振动技术可以大幅度降低设备成本和维修费用、延长设备维修周期,提高设备稳定性,有助于提高铸坯质量及拉坯速度,具有很大的推广价值。
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  小方坯连铸6.0 m/min高拉速技术改善与生产实践

  郑原首, 谢长川, 马桂华, 李富帅, 林真, 钱亮

  连铸. 2023, 42(4): 61-67.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20230006

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  高拉速是小方坯连铸机螺纹钢实现低成本且绿色化生产的必要条件,是连铸整体技术进步的体现。福建三钢二炼钢3号小方坯连铸机经高效化改造,160 mm×160 mm断面螺纹钢拉速达到6.0 m/min的能力,生产过程拉速提高到4.1 m/min时发生漏钢以及铸坯拉断事故。综合采用调研及追溯等手段分析引起漏钢事故的机理及影响因素,发现结晶器振动工艺、浸入式水口插入深度及保护渣性能参数是引起漏钢的主要因素,从机理和模型角度研究了3个因素对漏钢定性和定量化影响规律。结果表明,在结晶器均匀强冷已实现条件下结晶器润滑状态对高拉速的稳定生产有决定性影响,合适的振动工艺是其限制性因素。采用优化后的结晶器振动工艺(脱模平均速率大于20 mm/s)、保护渣(碱度0.9、熔点1 020 ℃、黏度0.23 Pa·s)以及浸入式水口插入深度(120 mm),160 mm×160 mm断面小方坯螺纹钢拉速从4.1 m/min最终提高到6 m/min且未发生漏钢事故。
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  钢包长水口返钢原因分析与控制

  梅宁, 韩龙, 袁天祥, 王亚宁, 杨春宝, 赵长亮, 刘延强

  连铸. 2023, 42(4): 68-72.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20220157

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  钢包长水口插入中间包钢水中浸入式开浇是连铸工艺实现杜绝钢水二次氧化、提高钢水质量的重要手段,然而,浸入式开浇容易导致长水口碗部发生返钢。针对此问题,通过现场跟踪分析,从设备精度和工艺操作两方面总结了其发生的具体原因。分析结果表明,钢包长水口浸入式开浇返钢与工艺操作方法、机械手精度以及托圈精度有关。通过改进戴长水口操作方式、改造机械手与托圈、规范浸入式深度等措施,钢包长水口返钢发生率由0.2%降低至0,全钢种增氮不高于0.000 3%的合格率由94%提高至98%。
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  M2高速钢连铸连轧短流程工艺生产实践

  朱喜达, 李朋, 徐乐钱, 刘宇, 满廷慧

  连铸. 2023, 42(4): 73-80.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20230003

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  为了解决模铸、多火次锻造/轧制的长流程生产M2高速钢线材存在的问题,如生产效率低、成材率低、成本高、能耗高、质量稳定差等,团队克服了M2高速钢可浇性差、裂纹敏感性强、钢坯塑性差、碳化物尺寸控制难度大等难点,采用弧形连铸机生产150 mm×150 mm连铸坯,并在高合金线材轧机上一火轧制线材的短流程,成品ø11 mm线材各项质量指标符合国家标准,碳化物不均匀度和碳化物颗粒度均优于模铸产品。在工业生产中,M2高速钢线材短流程的成功实践,对该产品的工艺流程优化有重要意义。