304和321不锈钢连铸水口结瘤的不同机理

分析了304和321不锈钢连铸水口结瘤物的物相,探讨了结瘤机理.结果表明,304水口结瘤物主要由Al2O3,MgO·Al2O3和少量细小的金属颗粒构成,结瘤层较薄,对正常浇铸的影响不显著,控制钢中Al＜0.01%,可改善其结瘤.321连铸水口结瘤有TiN和CaO·TiO2两种类型:TiN型结瘤物主要由TiN和少量金属组成,控制措施是保持钢中钛氮积小于3.5,Al＜0.01%;CaO·TiO2型结瘤物由CaO·TiO2-MgO·Al2O3和大量金属构成,尽可能减少钢中CaO·TiO2-MgO·Al2O3双相夹杂物的数量和避免二次氧化,可改善CaO·TiO2型结瘤,适当提高浇铸温度可缓解CaO·TiO2型结瘤.     

钙处理钢水浸入式水口堵塞成因分析

基于对钙处理钢浇铸过程水口堵塞实物显微组织结构的观察,对钙处理钢水浸入式水口堵塞成因进行了分析,提出防止水口堵塞的措施.结果发现,CaO·6 Al2O3和CaO·2Al2O3是水口主要堵塞物;水口内壁氧化铝层一方面来源于水口内表层的基质料,另一方面来源于水口耐火材料与钢中[Al]s的反应产物,所形成的氧化铝层和钢中钙反应生成难溶的铝酸钙,同时吸附钢中铝酸钙夹杂而造成水口堵塞.防止水口堵塞的有效措施是进行钙处理、提高钢水纯净度以及改善水口材质和形状.     

含钛高强钢中夹杂物析出行为研究

以不同钛含量(0.032%~0.153%)的高强钢为研究对象,利用SEM、EDS等对钢中氧化物及氮化物夹杂的形貌、组成、数量及尺寸分布进行表征,结合热力学与动力学计算,对TiN的析出行为进行分析。结果表明,当钢中Ti含量较低(0.032%)时,冶炼过程会形成富含MgAl_2O_4的多边形高熔点固态夹杂,易造成水口堵塞;当Ti含量大于0.106%时,钢中形成了富含TiAl_2O_5的液态球形夹杂,可通过上浮去除,不易堵塞水口;Ca处理能将低钛钢中的夹杂改性为低熔点的铝酸钙,不仅降低了水口堵塞风险,还能还原夹杂物中的Ti,提高Ti的收得率。含钛高强钢中夹杂物平均尺寸为1~2μm,氮化物平均尺寸为1~3μm,其均随着Ti含量的增加而稍有增加。当Ti含量小于0.04%时,将钢中N含量控制在0.0018%以下,能有效减小TiN的析出尺寸;当Ti含量大于0.1%时,实际工业生产中很难阻止TiN的液析,但可通过提高钢中细小氧化物的数量,来细化TiN的尺寸。     

38CrMoAl高铝钢钢水可浇性控制

38CrMoAl高铝钢由于Al含量较高([Al]=0.7%～1.1%,质量分数),在连铸过程中容易导致水口的堵塞,因此需要对钢中Al2O3夹杂物进行形态控制,保证钢水的可浇性.热力学计算和实验研究结果显示:钢中高含量的Al对渣中即使少量的SiO2都具有较强的还原性;不采用传统的精炼喂钙线工艺,而进行转炉出钢过程渣洗操作,能将高熔点的Al2O3转变为低熔点的球状钙铝酸盐夹杂.同时,采用CaO--Al2O3基中间包覆盖剂,以避免钢渣反应导致钢中夹杂物含量增加.工业性试验结果表明,钢水洁净度较高,可浇性好,连续浇注5炉后,水口内壁基本无结瘤现象.     

水口结瘤堵塞机理的探讨

结瘤堵塞物主要来自钢水内原已存在的高熔点夹杂,由于它们与钢水不润湿,在流经水口时,若遇上能满足(cosQ粒+cosθ料<0)式的水口材质,就会粘附到水口表面上。为了防止水口结瘤,除尽量降低高熔点固体颗粒的数量、改变其物化特性外,选用易被钢水润湿的水口材质,将是有效的。     

轴承钢中TiN夹杂物的控制研究

研究了轴承钢中TiN夹杂物的形成热力学,以及钢中Ti和N的控制理论,并在某钢厂进行了GCr15轴承钢的生产实验.结果表明,在凝固过程中钢中Ti或N的含量越高,TiN夹杂物开始析出温度就越高,析出物的尺寸就越大;使用低Ti合金原料能够有效降低钢中的Ti含量;采用低Ti铁水,初炼渣中的TiO2降到1.0%以下,能有效控制钢水中的Ti含量;采用低钛合成渣过程回钛量显著减少,钢中Ti含量由原来的37×10-6下降至30×10-6;优化改进精炼工艺和大包保护浇铸可以降低钢中N含量为33×10-6;降低凝固偏析,能降低TiN夹杂析出.     

板坯连铸结晶器内非对称流动现象的数值模拟

基于流体力学基本原理,采用Fluent软件建立板坯连铸结晶器及浸入式水口的三维有限元体积模型,模拟研究了水口不对中和水口单孔结瘤条件下结晶器内流体的流动特征和温度场分布状况.结果表明:水口对中不良时,结晶器两侧回流明显不对称,液面会产生旋涡,水口偏向侧温度高于水口偏离侧;水口出口单孔结瘤时,未结瘤侧流股增强,液面流速增大,并且液面有涡流产生,结瘤侧新鲜钢液减少,温度偏低.     

高铝钢钙处理工艺热力学研究

为了解决短流程生产高铝钢时水口堵塞的问题,对某厂钙处理工艺前后的钢液成分以及钢液中的夹杂物进行了系统研究,并运用Bjrkvall模型对其进行了热力学分析.研究结果表明喂钙量过大,钢中[S]过高,则浸入式水口(SEN)堵塞物主要为CaS以及含有CaS较高的复合夹杂物.根据钢液中的Al--Ca--S三元活度平衡图可知,生产[Al]s为0.32%～0.39%高铝钢时,为防止高铝钢浇注过程中生成CaS造成水口堵塞,钢中[Ca]应控制在0.0040%～0.0085%,[S]应控制在0.0020%以下.     

防止连铸中间包水口堵塞的影响因素

由于中间包水口的直径小于钢包水口的直径,所以中间包水口堵塞是连铸严重的生产事故。水口堵塞使拉速降低甚至注流中断,还可造成振痕增加,恶化铸坯的表面质量和内部质量,在这段时间内拉出的铸坯将降级或报废,并增加粘结漏钢的危险。中间包水口内的粘附物还可引起浸入式水口偏流,引起裹渣,产生裂纹等。水口堵塞是由钢液中高熔点化合物Al2O3、CaS、Al2O3.MgO、AlN在水口内壁上沉淀引起的。防止水口堵塞的影响因素可从以下几方面阐述。     

连铸电磁旋流水口流体流动和夹杂物行为

采用数值模拟方法对连铸电磁旋流水口内流体流动和夹杂物碰撞长大行为进行了研究.数值结果表明电磁旋流水口出口处流体流动扩张角与低熔点合金实验值相符.旋转磁场对浸入式水口内壁夹杂物沉积行为存在两个相反的作用：一方面旋转磁场作用加强了水口壁面处钢液的湍流流动,加速了夹杂物在水口内壁的沉积吸附速率;另一方面水口内壁附近夹杂物在旋转磁场产生的旋流作用下易被携带至水口中心,削弱了水口内壁对夹杂物的黏附.在上述两方面因素作用下,钢液区存在一个最佳磁感应强度可使水口内壁夹杂物沉积速率降至最低,从而减轻水口结瘤现象.     

Clogging behavior of submerged entry nozzles for Ti-bearing IF steel

The nozzle clogging behavior of Ti-bearing IF steel was studied by metallographic analysis, scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), and X-ray diffraction (XRD). According to the experimental results, nozzle clogging primarily appears three layers. There are a lot of large-sized iron particles in the inner layer and mainly slag phase in the middle and outer layers. The principal clog constituents of the inner layer are loose alumina cluster inclusions and granular shaped alumina inclusions, containing iron particles. The clog constituents of the middle layer are mainly dendrite alumina inclusions. The primary phases existing in nozzle clogging are FeO·TiO₂ and FeO·Al₂O₃ besides α-Al₂O₃ and α-Fe. The FeO·TiO₂ phases among the deposits adhere the deposits together firmly enough to lead to the inferior castability of Ti-bearing ultra low carbon steel compared with that of Ti-free low carbon Al-killed steel.     

注流方式对大方坯连铸结晶器内钢水流动与温度状态影响

依据改变水口侧孔射流方向来控制结晶器内钢流流动状态的思想,设计了一种大方坯连铸结晶器新型四分切向水口.对不同类型水口(直通式、四分径向以及四分切向水口)浇注条件下大方坯连铸结晶器内钢水流动形态和温度分布状况进行了流体动力学比较研究.结果表明,新型四分切向水口不仅可以使结晶器内钢水形成上、下两个回流,并能够产生较强的水平旋流.该水平旋流能降低钢水的冲击深度,抑制钢液面波动,促进夹杂物上浮,还具有促进钢水过热耗散的效果.与四分径向水口相比,新型四分切向水口能减弱射流对初生坯壳的冲击,均匀横截面坯壳厚度.此外,该旋流状态使热中心上移,自由液面附近钢水的温度可提高2～6℃,改善化渣条件.     

宽板坯结晶器流场和温度场数值模拟优化分析

以某钢厂宽板坯连铸结晶器为研究对象,通过FLUENT商业软件模拟结晶器内温度和速度场分布,证明原有水口存在上循环弱,热交换慢,保护渣熔化不均匀等缺点是铸坯出现表面纵裂纹的主要原因.针对原水口的缺点,设计出满足现场生产工艺条件的水口形状为扁形、侧孔倾角-15°、底部形状为凸底的新结晶器浸入式水口,并运用数值模拟手段对新水口形成的钢液流动形式进行了分析.结果表明,新水口各项参数均明显优于原有水口,现场实验证明新水口使用效果良好.     

电磁制动对CSP结晶器内流动和传热的影响

采用数值模拟方法,通过计算1 500 mm×90 mm CSP漏斗型结晶器内磁场、流场和温度场分布,研究了CSP漏斗型结晶器采用不同浸入式水口条件下电磁制动对钢液流动和传热行为的影响.研究结果表明,施加电磁制动后,采用牛鼻子水口的结晶器内流股冲击深度变小,自由液面最大速度从0.231 m/s降至0.067 m/s;采用双侧孔水口的结晶器内钢液主流股向上弯曲的趋势消失,流股对结晶器窄侧壁的冲击强度减弱,结晶器上部回流钢液速度减小,自由液面最大速度从0.798 m/s降到0.140 m/s.综合比较采用两种水口时电磁制动对钢液流动和传热行为的影响,采用双侧孔水口时制动效果较好,有利于提高铸坯质量.     

CSP结晶器内钢液面动态失稳现象的水模型实验

利用1∶1的水力学模型对双侧孔水口下CSP结晶器内部流场流动进行了瞬态研究.结果表明,液面波动具有明显的周期性加剧现象,称之为"液面动态失稳".讨论了不同工艺参数下液面动态失稳的规律,用示踪实验法研究了流场内部的流动特征,分析了"液面动态失稳"与内部流场运动关系.液面的动态失稳现象主要是结晶器内的湍动能由下而上聚集并迅速耗散引起.     

含碲非调质钢 38MnVS6 水口结瘤成因分析

为调控钢中硫化物的夹杂形态和分布, 提升产品品质, 以碲处理工艺代替钙处理工艺开发了高品质含碲非调质钢 38MnVS6, 但在生产过程中会产生水口结瘤现象. 为分析水口结瘤的形成原因, 采用 X 射线衍射分析(X-ray diffraction, XRD)、扫描电镜分析及热力学计算等, 解析了水口结瘤物的主要物相及与钢中夹杂物的关系, 探究了其与碲处理工艺的关联性. 研究结果表明, 水口结瘤物主要由 CaO$\cdot $2Al$_{2}$O$_{3}$ 和 MgO$\cdot $Al$_{2}$O$_{3}$ 组成, 不含碲相关的物相, 其与钢中的氧化物夹杂成分相近, 因此水口结瘤并不是由碲直接造成的. 在碲处理工艺替换钙处理工艺后, 钢中钙质量百分比浓度不足以将 Al$_{2}$O$_{3}$ 改质为低熔点 12CaO$\cdot $7Al$_{2}$O$_{3}$, 当前钢中 Al 和 Ca 主要生成的钙铝酸盐夹杂为 CaO$\cdot $2Al$_{2}$O$_{3}$. 此外, 钢中残余的少量 Mg 使 Al$_{2}$O$_{3}$ 转变为 MgO$\cdot $Al$_{2}$O$_{3}$, 对应的 Mg 质量百分比浓度为 0.25$\times $10$^{-6}\sim $1.46$\times $10$^{-6}$. 当钢液流经水口时, CaO$\cdot $2Al$_{2}$O$_{3}$ 与 MgO$\cdot $Al$_{2}$O$_{3}$ 在水口内壁相互烧结黏附, 不断聚集增厚, 最终形成水口结瘤.     

耐火材料向钢液中的传氧机理及影响因素

根据相平衡和热力学理论,并通过热力学计算,研究了耐火材料向钢液中的传氧机理以及影响因素·研究结果表明,在钢液深脱氧的情况下,耐火材料中闭口气孔内的氧化物组分分解所产生的平衡氧分压要明显高于钢液中的平衡氧分压,这是使耐火材料向钢液中传氧的主要原因;根据耐火材料的种类和组成配比的不同,耐火材料向钢液中的传氧能力亦不同;钢液中的氧含量越低,越会促进耐火材料中氧化物组分的分解和向钢液中的传氧·     

FFC工艺中阴极TiO2的导电性及影响因素分析

针对FFC工艺,通过TiO2烧结及电解实验,研究TiO2电极导电性.采用X射线衍射仪(XRD)对烧结前后的产物和电解产物进行分析.结果表明,高温烧结可以改变TiO2的能带结构,产生导电空位;TiO2电极在熔盐中形成双电层,使氧原子离子化,形成TiO2-x离子结构;熔盐中的离子渗透到TiO2电极内部,增加了电极内的导电离子数.TiO2电极的活化可通过高温烧结产生的导电空位、双电层形成的离子结构及渗透到电极内部的熔盐离子来实现,使FFC工艺中的电解得以顺利进行.