大方坯凝固坯壳厚度的测定

为确定凝固末端电磁搅拌位置和二冷制度的优化提供可靠的依据,利用"射钉法"对某钢厂大方坯典型钢种42CrMo和GCr15在工作拉速下凝固坯壳的厚度进行了测定。根据凝固理论计算铸坯综合凝固系数,测定出连铸机二冷区域凝固坯壳的厚度及凝固终点的位置,获得了凝固终点位置及凝固系数和拉速的关系。结果表明:铸机拉速0.45～0.5m/min时,42CrMo二冷区综合凝固系数为25.34～26.44mm/min1/2,液相穴长度19～23 m;铸机拉速0.42～0.45 m/min时,GCr15二冷区综合凝固系数为25.24～26.45mm/min1/2,液相穴长度18～21m。同时,验证了二级专家系统的准确性。     

IF钢连铸坯表层夹杂物

针对国内某厂以BOF--RH--CC流程生产的IF钢连铸坯,采用氧氮化学分析、光学显微镜分析、扫描电镜分析、能谱分析和金属原位统计分布分析等多种分析方法,综合分析了夹杂物的尺寸、数量、分布以及成分等.结果表明,非稳态浇铸下铸坯二次氧化严重,大型夹杂物增多;铸坯宽度1/4位置表层夹杂物数量高于边部和中部;随着距内弧表面距离的增加,Al系夹杂物平均粒度越来越小,大于10μm的夹杂物比例也越来越小;铸坯表层夹杂物含量和粒度明显高于铸坯内部,其中距内弧6 mm处夹杂物总数最多.     

宽板坯凝固前沿轻压下率模型的研究

结合连铸坯凝固规律及轻压下技术改善铸坯中心偏析的冶金原理,建立宽板坯轻压下率理论模型。根据某厂连铸宽板坯实际生产条件,以传热模型计算的铸坯凝固温度数据作为轻压下率模型计算条件,分析拉速、浇注温度、坯壳凝固收缩特性对铸坯轻压下率的影响规律。结果表明,在相同的拉速和浇注温度条件下,铸坯轻压下率沿拉坯方向的分布总体呈减小趋势;拉速较高时的起始轻压下率小于拉速较低时对应的起始轻压下率;拉速与平均轻压下率呈线性递减关系:拉速每升高0.1m/min,平均轻压下率减小0.015mm/m;浇注温度越低,轻压下区起始轻压下率的值越高;浇注温度对平均轻压下率的影响较小,浇注温度每升高10℃,平均轻压下率仅减小0.002 5mm/m;铸坯外部凝固坯壳的收缩对整个轻压下区平均轻压下率的贡献量为20.4%～22.3%。     

凝固末端电磁搅拌和轻压下复合技术对大方坯高碳钢偏析和中心缩孔的影响

基于ANSYS软件建立了310mm×360mm断面大方坯连铸过程二维凝固传热数学模型,并采用窄面射钉试验及铸坯表面测温试验对模型的准确性进行了验证.通过模型研究了过热度、拉速和二冷比水量对铸坯中心固相率以及凝固坯壳分布的影响,并结合高碳耐磨球钢BU的高温拉伸试验结果,确定了最佳的拉速以及最优轻压下压下区间要求.通过工业试验对理论模型进行了验证,并分析研究了拉速对采用凝固末端电磁搅拌(F-EMS)以及凝固末端17mm大压下量的轻压下技术生产310mm×360mm断面大方坯高碳耐磨球钢BU铸坯的偏析和中心缩孔的影响.结果表明:采用凝固末端电磁搅拌和轻压下复合技术,通过调整拉速优先满足轻压下压下区间要求,可显著降低中心偏析、V型偏析及中心缩孔,但如果仅达到凝固末端电磁搅拌位置要求时,则铸坯中心质量不会得到明显改善.拉速为0.52m·min-1且轻压下压下区间铸坯中心固相率为0.30~0.75时,偏析和中心缩孔有很大程度的改善,不合理的压下量分配会引起铸坯出现内裂纹以及中心负偏析.     

武钢板坯连铸凝固规律的研究

结合武汉钢铁(集团)公司第二炼钢厂板坯连铸机实际生产情况,采用射钉法测量了不同钢种在二冷区内的凝固坯壳厚度.结果表明,铸坯宽度方向液相穴形状呈W形,1/4处凝固坯壳最薄;综合凝固系数控制在22.38～25.43 mm/min1/2,铸坯液芯长度为20.88～22.35 m,铸坯凝固末端位于二冷段八区;钢种、拉速和冷却制度等因素对板坯凝固过程有影响.     

Ti--IF钢凝固过程中TiN的析出机理和规律

结合冶金热力学和凝固偏析模型分析了Ti--IF钢凝固过程中TiN的析出特点.Ti--IF钢凝固前期钢液中TiN夹杂无法生成,固相中TiN源自低温固相析出;凝固固相分数达到0.64时,Ti、N组元在凝固前沿富集程度增加,凝固前沿固相中开始有TiN析出;凝固末期,Ti和N的富集程度进一步增大,固液相中均能有TiN析出.采用扫描电镜分析了TiN在铸坯中的分布,从铸坯表层到中心TiN数量和尺寸存在显著变化:从铸坯表层向中心方向TiN尺寸不断增大,平均尺寸从1~2μm增大到5μm,在距离表层70~80 mm处尺寸达到最大;在铸坯厚度中间位置,TiN尺寸较大,平均尺寸为5μm左右;在铸坯中心TiN尺寸又有所变小,平均尺寸为3μm左右;在铸坯表层TiN密集程度较高,在铸坯中间和中心TiN数量密集程度显著降低.IF钢铸坯中TiN析出时机及其尺寸和数量与Ti、N组元偏析和凝固冷却速度关系密切.     

合金钢连铸坯动态凝固过程数值模拟

针对合金钢连铸坯凝固过程中存在的疏松、偏析、裂纹等问题,以现场实际连铸机为研究对象,依据200mm×200mm合金钢的连铸工艺,建立了铸坯凝固传热数学模型,确定了边界条件,初始条件,不同冷却段的表面热流,以及所研究钢种的物性参数·特别是通过把坐标系建在连铸坯之上,解决了计算整个铸坯纵断面上在不同过热度、不同拉速、不同时间、不同位置上动态凝固过程的温度场问题·模拟计算结果与实际铸机上的测试结果吻合较好,从而为调整连铸工艺参数,确定连铸坯末端电磁搅拌器安装位置及电磁参数,提高连铸坯质量找到依据·     

工业硅熔体连铸过程中热-力行为的数值模拟

通过建立小断面圆坯连铸结晶器二维轴对称耦合数学模型,探究拉速对结晶器内工业硅熔体的流动、传热及凝固等行为的影响,开展工业硅熔体连铸过程中热-力行为的数值模拟研究。通过在模型中耦合应力场,讨论临界拉速下工业硅铸坯中的应力分布特征。研究结果表明：当拉速保持在临界拉速(2.06 mm/s)以下时,工业硅铸坯可以顺利拉出结晶器;当拉速超过临界拉速时,铸坯内的液芯长度超过230 mm,使出口处的坯壳厚度减薄,从而导致铸坯出现漏液风险。随着拉速增大,铸坯内部应力呈现递增趋势。当拉速达到临界拉速时,结晶器内铸坯的最大应力仅有178.72 MPa,表明结晶器内熔体凝固部分不会产生裂纹,可确保工业硅熔体连铸过程的连续性。     

高拉速连铸低碳铝镇静钢铸坯中夹杂物

针对高拉速板坯连铸生产的低碳铝镇静钢铸坯,采用Aspex自动扫描电镜对铸坯表层夹杂物进行大面积的扫描分析,得到不同拉速下夹杂物的变化规律,并探究流场和S含量对夹杂物分布的影响。结果表明：随着拉速增大,钩状坯壳的深度和长度逐渐减小。对拉速大于2 m·min-1的铸坯,由于钩状坯壳不是很发达,铸坯表层没有发现大于200μm的夹杂物。铸坯表层尺寸介于50~200μm的夹杂物主要是由凝固坯壳所捕获,而夹杂物在凝固前沿的受力决定了夹杂物的捕获行为。随着拉速提高,凝固前沿的钢液流速增加,随着冲刷力的增加、捕获力的减少,夹杂物被捕获的数量减少。在高拉速连铸下,如果钢液中S含量较大,夹杂物受到明显的温度Marangoni力,会更容易被凝固坯壳捕获。     

静磁场下气泡在板坯连铸结晶器内运动行为的物理模拟

以水银和氩气作为模拟介质,通过物理模拟研究了高拉速板坯连铸结晶器内电磁制动和水口吹氩耦合作用下的气泡运动和分布行为.采用电阻探针测量了结晶器内气泡的运动和分布情况,分析了磁场、吹氩量等不同工艺参数对气泡占空比、气泡数量和气泡脉冲宽度的影响规律.实验结果表明:在一定的拉速条件下,施加磁场改变了气泡在结晶器内的分布规律,有利于气泡的上浮,降低了气泡在结晶器内的冲击深度,减少了到达结晶器窄面的气泡数量;磁场的施加和吹氩量的增加都使得脉冲宽度较大的气泡数量增多,且主要集中在结晶器1/4宽度和水口之间区域.     

软接触电磁连铸的实验研究

进行低熔点金属锡的软接触电磁连铸实验,考察拉坯速度、有无保护渣及电磁感应输入电流强度对铸坯表面质量的影响。结果表明,在无结晶器振动的情况下,随着拉速的增加,铸坯表面的质量降低。施加等幅高频磁场能够有效提高铸坯的表面质量。     

IF 钢铸坯厚度方向洁净度演变

采用夹杂物原貌分析、扫描电镜和能谱分析、氧氮分析等手段系统分析了 IF 钢铸坯全厚度方向的洁净度变化及夹杂物分布规律.铸坯厚度方向全氧(T. O)和 N 质量分数平均值均为17×10-6.内、外弧表层1/16内 T. O、N 均高于平均值5%~10%,存在夹杂物聚集带;内弧1/4至外弧1/4区域 T. O、N 水平低于平均值5%~10%;表层1/16至1/4区域接近平均水平.共统计夹杂物963个,夹杂物平均粒径5.7μm,<5μm 占60%, < 10μm 占90%;Al2 O3夹杂主要存在表层5 mm 内,尺寸在2~10μm;TiN- Al2 O3和 TiN 粒子主要在距离表层5 ~ 80 mm,尺寸随深度增加而增大;TiN- TiS 和 TiS 夹杂主要在距离表面80~130 mm,尺寸1~5μm.从铸坯表层到中心主要夹杂物的分布依次是 Al2 O3、Al2 O3- TiN、TiN、TiN- TiS、TiS 和 MnS.     

软接触电磁连铸的实验研究

进行低熔点金属锡的软接触电磁连铸实验,考察拉坯速度、有无保护渣及电磁感应输入电流强度对铸坯表面质量的影响.结果表明,在无结晶器振动的情况下,随着拉速的增加,铸坯表面的质量降低.施加等幅高频磁场能够有效提高铸坯的表面质量.     

连铸方坯动态轻压下位置

为准确确定铸坯凝固末端的位置,合理选择压下区域,为实施动态轻压下提供有效技术手段,利用数值模拟方法计算某炼钢厂2#铸机连铸方坯中温度场,用传热模型分析了45#钢在某工艺下的铸坯温度分布图.固相率0.3为轻压下初始点,压下区间总长度为10 m且拉速0.76 m/min时的压下量为0.7 mm/m.     

连铸方坯动态轻压下位置

为准确确定铸坯凝固末端的位置,合理选择压下区域,为实施动态轻压下提供有效技术手段,利用数值模拟方法计算某炼钢厂2#铸机连铸方坯中温度场,用传热模型分析了45#钢在某工艺下的铸坯温度分布图。固相率0.3为轻压下初始点,压下区间总长度为10 m且拉速0.76 m/min时的压下量为0.7 mm/m。     

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.     

全幅一段电磁制动与立式电磁制动技术模拟研究

以ANSYS14.5和FLUNET6.3为计算平台,针对全幅一段电磁制动技术和立式电磁制动技术,模拟计算了电磁制动过程结晶器内磁感应强度和流场分布.计算结果表明:全幅一段电磁制动和立式电磁制动技术在钢液中可以产生恒定有效磁场,磁感应强度主要集中于磁极覆盖区域,能够对钢液主射流起到控制作用,促进非金属夹杂物和气泡的上浮分离从而提高铸坯的纯净度;立式电磁制动能够更好地控制钢液主射流冲击铸坯窄面后的上升流,更加有效地稳定自由液面波动,克服了全幅一段电磁制动对上升流控制不力的缺点;全幅一段电磁制动对下降流控制稍好,但从整体制动效果上看,立式电磁制动技术更好,具有较全面并且良好的冶金效果.     

动态轻压下模型的开发及优化

为确保提高连铸板坯铸坯内部质量,开发了一套完整的轻压下模型,包括凝固传热、二冷水动态控制和辊缝控制模型,并对动态轻压下技术的关键参数进行了优化. 通过射钉实验和铸坯表面温度测量,对该模型进行了校核. 实验结果与模型计算结果较为一致;当拉速变化时,铸坯表面温度可以保证在较小的范围内波动. 采用不同的轻压下参数进行生产试验,并通过铸坯低倍检验和中心偏析分析,对压下量和压下位置进行了优化,得出固相率(fs)0.2～0.5、单位压下量1.2 mm·m-1为本铸机最佳的轻压下参数.     

方坯连铸凝固末端电磁搅拌工艺优化的数值模拟

利用ANSYS和CFX软件建立了描述160mm×160mm方坯连铸凝固末端电磁搅拌过程的数学模型.通过确立钢液黏度与温度的定量关系,考虑凝固时钢液黏度的重要影响,研究了方坯凝固末端糊状区磁场和流场的分布,以及电流强度对凝固前沿钢液最大搅拌速度的影响规律.结果表明:搅拌电流强度每增加100A,铸坯中心磁感应强度增加250×10-4T,切向电磁力增加1933N/m3,最大流速增加69cm/s.现场实验检验结果表明:60#钢凝固末端电磁搅拌器安装位置处液芯半径为344mm,最佳电磁搅拌频率为6Hz,最佳搅拌电流为380A,此时凝固前沿最大流速为165cm/s,铸坯中心碳偏析得到明显改善,中心碳偏析指数为104.     

IF钢薄板坯中夹杂物

利用电子显微镜、金相显微镜、能谱分析,对IF钢铸坯中夹杂物分布、数量和种类进行详细分析。结果表明：薄板坯内平均显微夹杂数量为46个/mm2,其中粒度小于10μm的显微夹杂物占80%左右。在铸坯中心区域夹杂物形成聚集,铸坯表面层夹杂物含量较少。大型夹杂物含量为39.25 mg/10kg,粒度大于300μm的夹杂物约为50%。夹杂物主要来源于结晶器卷渣,脱氧产物和中包覆盖剂。