结晶器电磁搅拌在小方坯连铸上的应用

简要介绍了结晶器电磁搅拌在福建三钢炼钢厂5#小方坯连铸机上的应用.理论分析并结合福建三钢的冶炼条件选择结晶器电磁搅拌,在长期的生产实践过程中对结晶器电磁搅拌参数进行优化,实践表明对减轻品种钢的碳偏析以及减少中心疏松和提高产品的低倍质量均有明显的效果.为进一步发挥电磁搅拌在冶金生产中的作用,提出有必要在现有的结晶器电磁搅拌的基础上增加末端电磁搅拌系统.     

钢连铸电磁搅拌工艺中流场的数值模拟

利用旋转磁场特征变换模型方程并结合边界更新法,与k-ε湍流模型耦合计算了交变电磁场作用下连铸方坯内的流场.结果表明:电磁力使得钢液在水平方向形成旋转流动,能够降低向下过高的流速并增强回流;从搅拌区域垂直中心向下,水平旋转流动的速度逐渐变小.钢液旋转流速随电源电流和频率的增大而提高,并且在水平面上呈单峰值分布,在近壁面处最大.     

末端电磁搅拌位置确定及对SWRH82B钢中心偏析的影响

结合方坯连铸机二冷各段的实际情况,采用有限元软件ANSYS建立了传热数学模型,并利用射钉结果修正数学模型中各段的传热系数,提高数学模型的准确性.结果表明,利用修正过的数学模型可以模拟整个铸机的传热凝固过程.根据射钉和数值模拟结果,确定电磁搅拌位置.采用电磁搅拌后,铸坯中心碳偏析和缩孔下降.     

直浇道电磁搅拌对连铸坯凝固组织影响

中缩和偏析缺陷对铸坯质量有很大的影响，在直浇道外施加电磁搅拌可以明显地改善连铸坯的凝固组织，并提高连铸坯的质量。选用低熔点Sn-3.55Pb合金浇注试样，用实验方法研究直浇道电磁搅拌对铸坯凝固 组织的影响，并用数值模拟作为辅助手段分析了影响因素。实验证明：施加直浇道电磁搅拌后，铸坯的晶粒细化，等轴晶区扩大，柱状晶区减小；在降低过热度的情况下，施加电磁 搅拌，可避免直浇道堵塞，保证浇注顺利进行，而且铸坯的凝固组织更加细小；在直浇道外施加电磁搅拌，不仅改变了金属液的流动形态，而且提高了浇道内的最低温度，使浇道内的温度分布均匀。     

大方坯连铸结晶器电磁搅拌三维电磁场的数值模拟

借助ANSYS有限元分析软件对240mm×280mm大方坯结晶器电磁搅拌磁场进行了数值模拟,系统研究了电磁搅拌参数对结晶器内磁场和电磁力的影响规律.结果表明:磁场在结晶器电磁搅拌器内产生的旋转电磁力在水平截面上形成一对力偶,驱使钢液顺时针旋转;结晶器高度方向上磁场分布呈"两端小中间大"分布特征.数值计算的磁感应强度与实测结果基本吻合.提出了杭钢大方坯45#钢电磁搅拌优化后的工艺参数为电流350A和频率3Hz,实验表明在此工艺参数下铸坯质量得到显著提高.     

薄板坯二冷区电磁搅拌铸坯内磁场分布和钢液流动

针对特定设计的搅拌器建立了包含钢液流动、传热和电磁场的三维耦合非稳态数学模型,计算了CSP薄板坯二冷区液芯在电磁搅拌作用下的传输行为,其中考虑了感应电流和搅拌器线圈上下端部对磁场强度的影响.结果表明:电磁力改变了铸坯液相穴内钢液流场,对钢液起到水平搅拌作用;搅拌器产生的磁场不均匀,在不同厚度处幅度和相位都不同,且幅度随着穿透深度的增加而减小;感应磁场移动方向与外部磁场相同且不宜忽略;单侧搅拌器对铸坯内钢液搅拌比较均匀.     

圆坯连铸结晶器电磁搅拌数学模拟

用数学模拟对马钢一钢厂圆坯连铸结晶器(断面尺寸为φ450mm)电磁搅拌过程进行了研究,找出变化规律,确定合理的工艺参数,优化结晶器流场.电磁搅拌过程的计算结果表明:磁场强度随搅拌频率减小、搅拌电流增大而增大;电流强度不改变磁场分布;在结晶器高度方向上磁场分布呈现中间大两端小的特征,流场在搅拌力作用下更趋于合理.最佳搅拌工艺参数为:搅拌电流350A,频率2Hz.     

改进铸坯表面质量的电磁连续铸造研究进展

导出了钢电磁铸造的理论基础,综述了国外此课题的研究现状;发现在铸型外侧施加电磁场抑制了液体金属弯月面的变形,改变了金属液的初期凝固状态,改善了铸坯的表面质量,金属液的缓冷却凝固和润滑剂流路动压的降低被认为是改善连铸坯表面质量的主要原因。采用改变铸型结构和施加电磁场的方法,可望实现此铸造方法的工业应用。     

热处理对奥氏体不锈钢00 Cr24 Ni13铸坯高温热塑性的影响

采用热处理实验方法,同时结合热模拟压缩和热模拟拉伸试验,研究了热处理对奥氏体不锈钢00Cr24Ni13铸坯高温热塑性的影响。实验结果表明：热处理能够明显改变实验钢铸坯中δ铁素体的形貌;经1200℃保温3 h空冷后,原始铸坯中存在的大面积连续网状δ铁素体完全转变为弥散分布的细小颗粒状组织。具有颗粒状δ铁素体的热处理试样与热处理前相比,不同温度压缩时的变形抗力略有增加,但并没有急剧恶化;热模拟抗拉强度基本保持不变;相同温度下的断面收缩率( Z)显著提高,其中Z≥60%的温度区间由1150~1280℃扩展为1050~1300℃,高塑性(Z≥80%)温度范围在150℃左右(1150~1300℃)。     

电磁软接触结晶器内钢液面高度对磁场分布的影响

利用有限元软件ANSYS对软接触电磁连铸结晶器内磁场进行三维数值模拟,分析了结晶器内钢液面高度对磁场及电磁力分布的影响.结果表明:钢液使得磁感应强度集中在钢液的侧表面;当钢液面低于线圈上沿时,钢液中磁感应强度的最大值出现在钢液上表面附近,并沿拉坯方向逐渐递减;当钢液面高于线圈上沿时,随着钢液面的升高磁感应强度的最大值向线圈中部移动;钢液侧表面所受电磁力的分布趋势与磁感应强度的分布趋势基本一致.     

熔模铸造双相不锈钢铸件缺陷分析及解决措施

针对铸件容易产生的充型不完整和产生气孔的缺陷,采用熔模铸造法试制双相不锈钢铸件.结果表明,通过控制金属液出炉温度和模壳温度并在铸件凝固时强化冷却,能防止上述缺陷的产生.应用试制工艺生产的铸件外观质量良好.     

高碳马氏体不锈钢8 Cr13 MoV钢铸态组织及碳化物

利用Thermo-Calc软件对8Cr13MoV马氏体不锈钢的凝固过程进行计算,利用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射分析仪对铸态组织和碳化物形貌以及类型进行观察与分析,利用Gleeble热模拟试验机测定材料的静态连续冷却转变曲线.结果表明,8Cr13MoV在平衡凝固条件下组织为铁素体和M23 C6型碳化物,而在实际的凝固条件下,组织为铁素体、马氏体、残余奥氏体、M7 C3型和M23 C6型碳化物,由于偏析导致最终组织中碳化物以M7 C3型为主,少量M23 C6以薄片或树枝状分布在晶界上.由于较高的C和Cr含量,以0.1℃·s-1的冷却速率冷却时,奥氏体也会发生马氏体转变.     

Optimization of strand and final electromagnetic stirrers of round bloom casters with multiple sections

Strand electromagnetic stirring (S-EMS) and final electromagnetic stirring (F-EMS) are the main methods used to improve the center porosity and segregation for round blooms. To optimize the stirring conditions, nail shooting tests were conducted for three sections of large round blooms with diameters of ?380 mm, ?450 mm, and ?600 mm. Acid leaching and sulfur print tests were used to investigate the shell thickness. Based on the results of nail shooting tests, a mathematical model of solidification was established, and the variation of shell thickness and the central solid fraction were exactly calculated by the model. By taking all sections into account, the locations of S-EMS and F-EMS were optimized for each section. In the results, the macro-segregation of various sections is improved after the locations of S-EMS and F-EMS systems are changed.     

碳钢连铸凝固过程的微观模拟

通过一种简单的数学模型研究了连铸坯凝固过程中枝晶生长的重要微观结构参数.结合中碳钢连铸性能计算出凝固过程中枝晶生长的尖端半径、枝晶生长速率、二次枝晶臂间距等枝晶相关参数,并研究了拉速对上述微观结构参数的影响.分析了碳、硅、锰、磷和硫等重要元素的微观偏析程度随凝固进程与坯壳生长的变化规律.与前人经验模型的对比与验证表明本文模型预测结果合理.     

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。     

薄带连铸AISI304不锈钢中铁素体行为

为了确定薄带连铸AISI304不锈钢凝固过程中残留铁素体的生成及转变行为,采用彩色金相、电解侵蚀、电子背散射衍射分析技术及X射线衍射分析等研究手段对双辊薄带连铸AISI304不锈钢凝固组织及残留铁素体特征进行了研究.结果表明AISI304不锈钢薄带的凝固组织由表层胞状晶区、中间柱状晶区和中心等轴晶区三部分组成.薄带表层胞状晶区内残留铁素体呈棒状,柱状晶区的残留铁素体形态为鱼骨状,中心等轴晶区的残留铁素体呈弯曲的树枝状;薄带的表层胞状晶区残留铁素体的质量分数为4.6%～6.6%,柱状晶区内的残留铁素体质量分数为3.6%～3.7%,中心等轴晶区内的残留铁素体质量分数为11.27%～11.34%;残留铁素体沿着厚度方向呈现"W"状分布.     

低碳钢和中碳钢连铸方坯初始凝固的对比研究

以低碳钢和中碳钢为研究对象,围绕不同连铸工艺参数对方坯初始凝固行为的影响,利用CA- FE耦合模型模拟实际连铸过程结晶器内方坯的初始凝固行为,考察拉速和过热度对方坯出结晶器坯壳厚度的影响,对比二者出结晶器横截面枝晶微观形貌.研究表明：过热度和拉速增加均能使出结晶器坯壳厚度下降,而拉速的影响更为显著.不同钢种在相同条件下出结晶器坯壳厚度下降梯度不同.过热度越低柱状晶越致密细小,利于提高连铸坯质量,拉速对柱状晶的影响相对较小.由于出结晶器坯壳安全厚度限制,过热度取15益,低碳钢拉速不能超过2.2 m·min-1,中碳钢拉速不能超过2.5 m·min-1,据此针对不同钢种设计不同拉速可提高连铸效率.同时,模型结果显示低碳钢出结晶器时刻柱状晶更为发达.     

冷却速率对奥氏体不锈钢凝固过程影响的原位观察

通过采用激光共聚焦扫描显微镜对AISI304奥氏体不锈钢的凝固过程进行了原位动态观察研究.发现当冷却速率为0.05℃.s-1时,奥氏体不锈钢以胞状晶方式凝固,其凝固模式为FA模式,即δ铁素体相先从液相中形核并长大,γ相在1 448.9℃时通过与液相发生包晶反应（L＋δ→γ）在δ铁素体相界形成,当温度降到1 431.3℃时液相消失,δ铁素体相通过固态相变转变为γ相,富Cr贫Ni的残留铁素体位于胞状晶之间.当冷却速率为3.0℃.s-1时,奥氏体不锈钢以枝晶方式生长,冷却到1346.4℃时包晶反应在液相与δ铁素体相界之间进行,其残留铁素体位于枝晶干,与冷却速率为0.05℃.s-1时相比,其残留铁素体的数量增多,残留铁素体富Cr贫Ni的程度减轻.     

低碳钢连铸板坯表层凝固钩的特征

对不同浇铸条件下的低碳钢连铸板坯进行了凝固钩(Hook)的特征研究,根据凝固钩的形貌概括了凝固钩的不同类型,统计了凝固钩周围气泡和夹杂物的分布,讨论了不同浇铸参数对铸坯凝固钩深度的影响,并通过Bikerman方程和弯月面凝固理论对凝固钩的不同特征进行了解释.结果表明:按形貌可将凝固钩分为完整叶状、双凝固钩、弯曲截断型和二次凝固型四种类型,其中二次凝固型的凝固钩出现的概率最高为46.8%,而完整叶状、弯曲截断型和二次凝固型的凝固钩出现概率分别为25.3%、7.6%和6.3%;研究发现,凝固钩周围的夹杂物数量明显多于其他区域的夹杂物数量,说明凝固钩能够捕获结晶器内上浮的夹杂物;对比不同浇铸参数发现,采用结晶器电磁制动装置(FC-Mold)、减小结晶器水口浸入深度、增大浇铸拉速均能够减小凝固钩的深度;Bikerman方程的计算结果和弯月面凝固理论能在机理上解释凝固钩的形貌特征.     

连铸坯凝固过程应力模型综述

简要分析了不同作者的连铸凝固过程应力模型。 A.Grill等人对 80 0～ 1 50 0℃范围内钢的力学性能与温度的关系进行了假设 ,采用有限单元法 ,根据温度梯度及支撑辊的压力来计算铸坯的应力场 ,建立了应力模型 ;K.Sorimachi对 A.Grill模型进行了改进 ,假设钢在连铸温度 (80 0～ 1 50 0℃ )下的机械性能只与温度和应变速率有关 ,且应变速率为常数 1 0 - 3s- 1,忽略其它变量对机械性能的影响 ;蔡开科考虑铸坯温度回升 ,建立了铸坯热 -弹 -塑性应力模型。