连铸坯铸态组织中的微孔隙率对凝固过程的指示作用

一、前言铸坯的铸态组织直接关系到轧后材的性能而为人们所关注。曾发表许多关于凝固组织与凝固条件之间的关系方面的论文。对于认识凝固过程,对于研究如何提高铸坯质量是十分有益的。然而,到目前为止,定量地从凝固组织推出凝固条件还不充分,也难明确地表示二次冷却条件对铸造组织的影响。本文著者通过对连铸板坯、小方坯、水平连铸的圆坯和高速盘式连铸机浇注的矩形坯的凝固组织仔细地调查研究,初步探索出铸坯铸态组织显微收缩孔隙占基体的百分率(以下简称微孔隙率)与冷却条件之间的关系,并运用这种关系指示连铸坯的液芯形状。与钢液排出法、示踪元素法等相比,方法简便、结果准确、研究内容更为广泛,可     

结晶器冷却强度对铸坯初始凝固均匀性的影响

通过建立结晶器二维非稳态传热模型,在考虑气隙及角部圆弧对铸坯凝固过程影响的基础上,研究结晶器冷却强度对铸坯初始凝固均匀性影响的规律.结果表明,在结晶器内初始凝固区域,铸坯近角部的坯壳厚度小于角部和表面中心处的坯壳厚度;结晶器冷却强度降低,坯壳厚度变薄,但周向均匀性得到改善.     

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.     

连铸二冷区喷嘴布置方式优化方法

对现有连铸二冷区喷嘴布置进行分析,根据布置优化原则提出采用喷嘴水流密度数值叠加的方法,在拉坯方向和铸坯横断面方向上对喷嘴布置方式进行优化。其中,在铸坯横断面方向上,考虑了横向水流密度分布的不均匀性对铸坯凝固过程的影响,建立二维铸坯传热数学模型,仿真得到不同位置的铸坯断面凝固形貌,并比较了优化前后铸坯温度分布、凝固情况和铸坯质量。结果表明喷嘴布置方式优化后,二冷区铸坯在拉坯方向和断面方向上喷淋水区域内均匀冷却,周期性温度回升变小,表面温度能够均匀下降,保证了较好的铸坯内部质量。     

连铸坯铸造工艺研究现状

随着连铸技术的发展,提高连铸坯产量和质量成为连铸技术研究的主要问题之一.连铸由于其生产成本低、工作效率高、操作灵活以及高质量等优点在全世界的钢铁行业中都得到了迅速发展.近几年,高效连铸成为连铸发展的一个主要趋势.温度在铸坯凝固传热过程中备受关注,它关系着铸坯的质量和产量,决定高效连铸能否顺利进行.由于铸坯产品的质量与铸坯凝固过程密切相关,而连铸坯的凝固基本上是在二次冷却区内完成的,所以研究二冷热传输过程对了解铸坯凝固行为和保证铸坯质量也具有重要的意义.     

连铸圆坯凝固传热行为与铸坯质量的控制

在连铸生产过程中,二次冷却在很大程度上影响着铸坯的传热状态,从而在铸坯凝固组织的形成过程中有着决定性的作用.连铸坯裂纹是制约其生产产量和质量的主要缺陷之一.通过对圆坯凝固传热的分析,探索影响铸坯裂纹发生的因素.从而从理论上避免裂纹的发生,保证连铸生产无缺陷铸坯.     

冷却速度对含铌、钛微合金钢铸坯表层组织结构的影响

铸坯出结晶器后的冷却速度是影响和决定铸坯表层组织结构(0～5 mm)及第2相析出物分布的关键因素. 在开发重熔凝固冷却实验装置的基础上,模拟铸坯在垂直段的凝固冷却条件,研究不同冷却速度对铸坯表层组织与第2相析出物分布的影响. 研究表明,在0.8 m·min-1拉速下,以5 ℃·s-1的冷却速度,使铸坯在出结晶器后表面温度下降到A3温度以下,得到的表层组织均匀,晶界无膜状先共析铁素体,微合金元素析出物在晶内分布均匀,有利于提高铸坯热塑性及降低裂纹敏感性.     

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·     

马钢一号水平连铸机工艺科研攻关

在马钢一号水平连铸机攻关期间,冶金系和热能系共承担了以下课题,作为鉴定材料,其内容简介如下: 1.水平连铸结晶器传热特性研究 建立了适用于水平连铸多级结晶器圆坯冷却二维数学模型,该模型特点是:(1)可以同时计算铸坯的冷却和结晶器传热;(2)考虑到沿铸坯圆周凝固速度不同而引入热流分布系数;(3)除考虑强制对流换热外,还考虑了局部过冷沸腾换热。通过大量的计算,提出了最佳冷却制度,现场热试过程中根据计算减小了冷却水量,提高了拉速,从而改善了铸坯质量。 2.水平连铸圆坯凝固特性研究 通过对多级结晶器热性能和坯壳凝固规律研究,得出以下看法:(1)采用小水量     

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.     

水冷换热系数的研究及平面凝固铸造的数值模拟

分别建立了喷雾冷却和平面凝固铸造的二维计算模型.根据对1070铝合金方锭末端冷却所测得的温度数据,反求出不同水压下冷却面表面温度与换热系数的变化规律,并将其作为边界条件导入平面凝固铸造的计算模型进行可靠性验证.结果表明:界面换热系数随冷却面温度的降低先升高后降低,在400K左右达到峰值.随着冷却水压的增加,换热系数的峰值和峰值对应的温度值也相应增大.铸造实验测温结果表明:所用平面凝固装置可实现凝固前沿宏观上呈平面上升,且凝固过程中铸锭各处冷却均匀;与数学模型计算结果吻合良好,说明该模型可用于平面凝固铸造工艺方案的研究.     

连续流变成形过程中热流耦合场对合金组织的影响

为优化连续流变成形制备AZ31镁合金材料的工艺条件,利用有限元法模拟出了其在不同浇注温度条件下的速度场和温度场,并通过实验验证了模拟结果,分析了热流耦合场对合金组织的影响.结果表明:连续流变成形技术制备AZ31半固态合金的过程中,合金运动速度由靴侧到轧辊侧呈线性递增,在近轧辊处出现速度最大值,合金与靴接触边界速度为零;合金温度场由浇口到辊-靴型腔出口温度逐渐降低,并且等温线向轧辊侧偏离;合金出口温度与浇注温度基本呈线性的正比例关系变化,且模拟出的最佳浇注温度范围为730～770℃.     

连铸二冷控制的虚拟拉速控制

介绍了连铸二冷静态控制和动态控制方法,动态控制能够很好适应拉速变化的连铸过程。在对不同二冷控制进行分析的基础上,提出一种新的动态控制方法——虚拟拉速控制。"虚拟拉速"是一个基于将铸坯分割成众多单元并加以位置和生成时间追踪的过程参数,实际拉速恒定时,"虚拟拉速"与之相等;拉坯工艺发生变化时,"虚拟拉速"逼近实际拉速但具有一定延迟。模拟计算结果表明,用"虚拟拉速"代替实际拉速,静态二冷水表对铸坯温度的控制效果明显改善;该控制方法不依赖任何高温监测仪器,不需进行传热计算,适用于拉速变化时的动态过程控制。     

连铸结晶器中坯壳生长有限元分析

为了预测结晶器出口铸坯坯壳的厚度与均匀性,考虑气隙对连铸坯的边界换热条件的影响,建立了铸坯传热凝固有限元计算分析的数学模型。采用热通量系数法反映实际的坯壳角部凝固特征现象。在方坯结果验证基础上,通过对新型H型连铸坯凝固过程进行模拟,计算得出了结晶器出口处坯壳的厚度。计算结果表明:H型铸坯坯壳的厚度随着拉速的增加而变小;铸坯在腹板和翼板交接处最薄,应适当增加水量,以保证坯壳在结晶器出口处具有足够的厚度。     

双辊薄带连铸铸辊材质及水冷结构分析

比较了不同成分铜合金的高温表面强度、抗拉强度,模拟冷却孔数量对热传导和温度场的影响规律.选用铬锆铜合金制成了双辊薄带连铸铸辊,在相同的工艺条件下分别采用合金钢铸辊和铬锆铜合金铸辊进行了高速钢双辊薄带连铸实验.结果表明:铬锆铜质铸辊的冷却能力较合金钢质铸辊提高60%,铜辊铸带中心层质量提高,裂纹减少;铜辊铸带的奥氏体晶粒度较钢辊铸带提高一级,凝固过程中析出的共晶碳化物也以颗粒状和鸡爪状为主,没有发现钢辊铸带中存在的半网状共晶碳化物.     

液固相线温差补偿的连铸二冷控制模型

针对连铸生产过程中某些钢种钢水成分波动较大,导致采用传统参数配水模型控制时铸坯表面温度波动较大,尤其是矫直点处铸坯温度很难控制在一个合理稳定范围内的问题,笔者在参数配水控制模型的基础上,考虑了钢水成分变化对液、固相线温度及凝固区间的影响,提出了一种基于液-固相线温差补偿的连铸二冷控制模型。计算了参数配水控制模型和新提出的二冷控制模型在钢水成分发生波动情况下铸坯的温度场,并对两种模型的计算结果进行了分析讨论,结果表明:笔者提出的连铸二冷控制模型,在钢水成分发生波动的情况下能更好地控制矫直点处铸坯的表面温度,进而保证铸坯质量。     

热型连铸工艺凝固过程的数值模拟

采用直接差分的方法对热型连铸工艺凝固过程的稳定温度场进行了模拟,绘制了热型连铸工艺凝固过程的温度曲线,分析了铸型出口温度、冷却条件、连铸速度和型内金属液温度对凝固温度曲线的影响．铸型出口温度、冷却条件、连铸速度依次为影响液固界面的主要因素,型内金属液温度对液固界面的影响很小．     

连铸方坯热应力模型的研究及应用

为了减少不恰当连铸二冷操作导致的铸坯内部裂纹等缺陷,在凝固传热模型验证的基础上建立了方坯二维弹塑性应力模型.通过此模型计算了水量优化前后铸坯应力分布情况,获得了铸坯在二冷区的应力分布规律.分析了影响连铸坯内部裂纹的因素,提出预防热裂纹产生的措施,为研究二冷对铸坯质量的影响提供了理论基础,并为优化二冷水量改善铸坯质量提供了依据.