2023年, 第42卷, 第6期　刊出日期：2023-12-20

  

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综合论述
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  浸入式水口及其对板坯连铸结晶器流动行为的影响

  雷琳琳, 常运合, 罗衍昭, 季晨曦, 朱晶亮, 肖红, 张家泉

  连铸. 2023, 42(6): 1-16.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20230007

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  板坯连铸是各种板带材生产的初级成形工序,铸坯质量与结晶器冶金效果密切相关,其中浸入式水口的作用至关重要。针对连铸生产技术现状与发展要求,在回顾板坯连铸浸入式水口发展历程的基础上,总结并讨论了至今对浸入式水口结构、工艺参数及其材质与结晶器冶金行为关系的认识。综合表明,浸入式水口直接影响着钢水注入结晶器后的流动、传热与凝固行为,进而影响结晶器冶金性能与连铸过程铸坯质量的控制效果,但至今尚缺乏定量的水口设计参数准则。鉴于实际生产中各类钢种可浇性、铸坯断面与拉速的差异性,从铸机生产组织和电磁控流角度出发,探讨了单一水口在多断面、多工况下实现理想浇铸的可能性。
连铸工艺
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  170 mm×170 mm方坯凝固传热及二冷配水工艺优化

  方明, 张朝晖, 吕明, 郭红民, 梁少鹏, 李新涛, 高琦

  连铸. 2023, 42(6): 17-24.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20230015

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  为解决170 mm×170 mm方坯连铸机冷却水分布不均匀的问题,减少铸坯生产缺陷,通过建立二维凝固传热模型,对铸坯凝固传热过程进行模拟研究。结合目标表面温度设定、冶金准则和钢种高温力学性能,对二冷工艺进行优化,提出优化的二冷总水量和水量与拉速的关系式,并对配水方案进行模拟和验证。结果表明,采用优化的配水模型后,结晶器段水量下调3%～10%,二冷区总水量下调10%～26%,足辊段和二冷一段的冷却水分配比减少。拉速为3.2 m/min和3.8 m/min时,铸坯表面温度控制符合冶金准则,满足高效连铸二冷配水生产要求。优化后的二冷配水模型,进一步提高了二冷水量的控制精度和适用性,增加了铸坯的冷却均匀性,对提高铸坯质量具有指导意义。
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  水口不对称侵蚀对大方坯结晶器流场影响规律

  孙宇秋, 王敏, 赵家七, 蒋露珩, 包燕平

  连铸. 2023, 42(6): 25-35.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20230016

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  为研究水口不对称侵蚀对结晶器内钢液流动的影响,以某钢厂生产断面为300 mm×390 mm 55SiCr弹簧钢大方坯结晶器为原型,采用物理模拟和数值模拟两种方法展开研究。建立了1∶1结晶器物理模拟实验装置,通过试验得到拉速和浸入深度对结晶器流场的影响。结合水口解剖形貌,通过Fluent数值模拟软件,建立浸入式水口侧孔底部侵蚀模型,利用k-ε湍流模型和分数体积(VOF)模型相结合的方法,对结晶器内流场及钢渣界面相互作用行为进行了模拟。结果表明,当拉速为0.55 m/min时,平均波高小于0.5 mm,当浸入深度为120 mm时,测量点平均波高相差0.545 mm,确定了适合浇注的工艺参数为拉速0.65 m/min,浸入深度130 mm;水口侵蚀会导致结晶器偏流,流股对壁面冲击变强,钢-渣界面流速均匀性变差,局部出现较大漩涡,钢-渣界面高度差由21 mm增加至28 mm,并且出现了液面裸露。
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  板坯连铸机漏钢原因分析及预防措施

  赵兵兵, 袁天祥, 刘延强, 乔焕山

  连铸. 2023, 42(6): 36-40.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20230040

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  为研究板坯连铸生产过程中漏钢原因与规律,对板坯连铸生产过程中的漏钢事故进行统计分析。通过现场收集漏钢板坯形貌以及生产过程参数分析漏钢原因,并在近5年漏钢事故分析的基础上,对漏钢原因进行了分类总结。结果表明,造成漏钢发生的最主要原因为保护渣性能不良、液位波动大、铸机设备功能精度不足以及操作不当。此外,钢液成分、异物卷入以及黏冷钢等原因也会导致漏钢发生。通过对漏钢原因进行分类总结,为漏钢预防措施的制定提供理论指导。
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  拉速对40CrA大方坯凝固组织和碳偏析的影响

  申坤瑞, 王晨, 王超, 周文浩, 杨文志, 陈波涛, 刘青

  连铸. 2023, 42(6): 41-48.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20230028

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  为改善40CrA大方坯在现行工况连铸过程中产生的碳偏析问题,建立凝固传热数学模型和元胞自动机有限单元法(CAFE)模型,研究了拉速变化对大方坯凝固过程及组织的影响。结果表明,拉速为0.55 m/min时,CET(柱状晶组织向等轴晶转变)转变从距铸坯表面距离69 mm开始,到距铸坯表面122 mm处结束;拉速为0.59 m/min时,铸坯的柱状晶和等轴晶致密度最好。结合工业试验,结果表明,当其他工艺参数不变时,拉速由0.55 m/min提高到0.59 m/min时,碳偏析指数的极差由0.15减小到0.10,波动范围减小了33.3%,碳含量分布更加均匀,铸坯质量得到明显改善。
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  不同助熔剂原料类型对CaO-Al₂O₃基连铸保护渣理化性能的影响

  亓捷, 张江浩, 刘承军

  连铸. 2023, 42(6): 49-54.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20230019

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  为探究助熔剂原料类型对CaO-Al₂O₃基保护渣性能的影响并为工业渣制备提供理论指导,采用“纯碱+萤石”、“氟化钠+萤石”、“单一氟化钠”等不同原料组合模式,研究了熔化温度、黏性特征及结晶性能的变化。结果表明,渣样熔化温度不因配料的差异而产生显著差别。采用“纯碱+萤石”和“氟化钠+萤石”模式可获得相近的黏性特征。而在采用单一氟化钠模式时,黏度和转折点温度均显著升高。采用“纯碱+萤石”和“氟化钠+萤石”两种模式时,完全析晶物相均为LiAlO₂和Ca₂SiAl₂O₇,且采用“氟化钠+萤石”模式可获得相对更弱的结晶性能。采用单一氟化钠作为助熔剂原料时,熔渣组成因组元挥发逐渐向铝酸钙钠复合物相初晶区偏移,在降温过程析出大量Ca₃Na₄Al₄O₁₁。
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  基于数值模拟改善45钢中间裂纹的连铸工艺优化

  夏鹏程, 吴华杰, 安航航, 蔡守桂, 丁振涛

  连铸. 2023, 42(6): 55-61.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20230024

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  针对45钢小方坯的中间裂纹问题,依托有限元仿真技术建立凝固传热和凝固组织模型,采用数值模拟和工业试验相结合的方法,对小方坯中间裂纹进行改善。结果表明,在拉速为1.8 m/min、过热度为 30 ℃、二冷比水量为0.50 L/kg、各段足辊区和二冷一区至四区的分配比为40%-25%-20%-12%-3%条件下,经工业试验验证,45钢小方坯中间裂纹问题得到明显改善。
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  超低碳IF钢夹杂物生成热力学和界面特性

  赵如, 龙乾, 王万林

  连铸. 2023, 42(6): 62-69.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20230020

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  超低碳IF钢RH精炼过程脱氧夹杂物的调控是影响连铸板坯质量的关键因素。通过对RH精炼-连铸过程夹杂物性质进行评估,根据Factsage软件热力学计算Fe-Al-Ti-O组分平衡相图;通过改进卧滴法测定不同w(Al)/w(Ti)成分钢液与氧化铝基板之间的界面特性,并在实验室统计不同w(Al)/w(Ti)对钢液中夹杂物数量分布。结果发现,生产中存在大型簇状氧化铝夹杂物,且活泼元素Ti、Mg等会附着在氧化铝表面形成Mg-Ti-O膜;相图计算结果表明,Ti质量分数为0.06%时,Al质量分数大于0.12%时才能完全抑制含Ti氧化膜的形成;钢液Al和Ti分别从0.017%和0.028%增加至0.0785%和0.045%,氧化铝与钢液之间的接触角从110.93°分别增加至133.73°和减小至101.49°;提高w(Al)/w(Ti)可以有效提高钢液纯净度。
铸坯质量
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  铸坯感应加热过程温度特性模拟

  郑乾, 邓安元

  连铸. 2023, 42(6): 70-77.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20230035

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  为研究铸坯电磁感应加热过程的温度场分布特性,结合实际工艺参数设计了铸坯感应加热装置,采用数值模拟的方法对尺寸为200 mm×1 800 mm×10 m的铸坯感应加热进行了数值模拟,分析了频率、输送速度、功率及能耗等条件的变化对铸坯感应加热效果的影响。结果表明,铸坯感应加热过程使用中频800 Hz到1 000 Hz更有利;研究了铸坯输送速度及功耗的影响,在设备条件允许情况下,适当提高输送速度可以减小功耗,但由于铸坯自身尺寸的影响,过快的输送速度会导致铸坯受热不均匀而影响铸坯温度分布均匀性;在铸坯离开感应加热器完成加热后,添加保温措施保温输送铸坯,适当提高输送速度到0.1 m/s可以减小功耗且更有利于铸坯整体温度分布均匀。
连铸设备
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  六流对称中间包结构优化及死区体积模型

  李优梅, 成国光, 苗志奇, 代卫星, 任清学, 舒友亮

  连铸. 2023, 42(6): 78-85.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20230013

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  为优化流场促进夹杂物的上浮,以某钢厂六流T型对称中间包为对象,利用水模拟和数值模拟相结合的方法,研究中间包的流场特性,并建立死区体积模型来表征中间包内钢液的流动,针对性地提出改进方案。结果表明,原型中间包存在钢液停留时间较短,边部水口不活跃,死区体积分数高达30.9%,浇注过程存在“动能无效区”等缺陷。通过调整U型挡墙导流孔的上扬角度对其进行优化,优化后中间包内钢液的速度分布更均匀,实际平均停留时间增加了10.5 s,死区体积分数降低了13.3%,浇注过程中的“动能无效区”减少,水口的流动一致性提高,中间包整体混匀效果变好。
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  中间包覆盖剂对泡沫渣消除及耐材使用寿命的影响

  李伟, 王子贤, 黄大军, 张超杰, 张立强

  连铸. 2023, 42(6): 86-93.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20230036

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  为研究中间包覆盖剂成分对连铸生产过程中泡沫渣的有效控制和清除,以及对中间包耐材侵蚀和使用寿命的影响,对比不同类型中间包覆盖剂的性能,优化中间包覆盖剂的使用方式,提高中间包包衬的耐材寿命。采用现场试验方法,对3种不同类型覆盖剂使用后产生的冲击区渣进行化学成分对比,分析其对中间包耐材侵蚀和使用寿命的影响。同时,通过实验室静态坩埚渣系入侵试验,改进渣线部位镁质干式料,优化中间包冲击区结构,寻找覆盖剂的最佳使用方式来提高中间包包衬耐材寿命。结果表明,环保型覆盖剂复合使用与其它类型的中间包覆盖剂相比,具有最优性能;环保型覆盖剂复合使用,能快速消除冲击区泡沫渣;环保型覆盖剂复合使用能显著提升钢水质量,并降低浇铸过程中的热损失,还能降低中间包包衬的耐材侵蚀程度,从而延长中间包的使用寿命,实现降本增效的目的。
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  三流对称中间包数值模拟流场优化

  李延芝, 李洪波, 孙彦辉, 高振伟

  连铸. 2023, 42(6): 94-99.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20230017

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  为了进一步提高某钢厂的产品质量,将其中间包体积进行了扩充,改变了原来的流动结构,优化了三流中间包扩容后的挡墙侧孔,以减小中间包死区比例,增大中间包利用效率。针对当前所使用的中间包存在各流间水口一致性较差,且死区比例较大的问题。采用Ansys公司的Fluent软件,通过数值模拟方法优化了该中间包挡墙结构。挡墙侧孔改进后的中间包虽然其流间温度差比原来增加了0.9 ℃,但其死区比例从原来的21.48%降低为14.70%,有效减少了死区比例,并提高了中间包各流间的一致性,达到了较好的冶金效果。