高速连铸结晶器内凝固传热行为及其均匀性控制

从分析高拉速包晶钢板坯连铸结晶器内凝固传热行为特征入手,首先阐明拉速对结晶器内的界面热阻、凝固坯壳的温度与应力分布的影响规律,研究发现拉速超过1.6 m·min?1时,界面热阻明显增加,拉速由1.4 m·min?1提升至1.6 m·min?1和1.8m·min?1时,出结晶器坯壳厚度相应减少约10%,其发生漏钢的危险不断增加;在此基础上,阐述了结晶器的内腔结构、保护渣、振动与液面控制等控制结晶器内坯壳凝固均匀性的相关技术。要实现高速连铸,首要应考虑结晶器内腔结构的优化设计,使其能更好地迎合凝固坯壳的生长,研制适合包晶钢等凝固特点的专用连铸保护渣至关重要,铸坯鼓肚控制也是保障高拉速液面稳定的关键。      

高拉速条件下中碳钢连铸用保护渣的性能研究

高拉速连铸技术因其高效生产的优点而备受人们关注,其中典型的紧凑型带钢连铸技术的连铸速度普遍提高至3～6 m/min,甚至达9 m/min。因高拉速连铸技术的拉坯速度提高,导致结晶器内部许多参数发生了改变,使得该工艺对保护渣的要求也变得颇为严苛。针对紧凑型带钢连铸连轧生产中碳钢所用保护渣开展了研究,并与传统低拉速连铸保护渣的理化性能进行对比。研究结果表明:中碳钢高拉速连铸用保护渣相比低拉速连铸用保护渣需要有更好的润滑性能,1 300℃时的黏度应低于0.086 Pa·s(拉速3.5 m/min);因高速拉坯,结晶器内壁与初始钢坯之间的热流大大增加,为避免过快的传热导致铸坯缺陷则需采用控热能力更均匀更强的保护渣。     

钢球用钢Φ380mm连铸圆坯表面裂纹原因分析及工艺改进

对Φ380mm高碳钢球钢连铸圆坯轧成钢材出现的表面裂纹进行了统计分析结果表明:抛丸检查后的连铸圆坯表面存在纵向裂纹,主要原因是钢液在结晶器中凝固时冷却不均产生的。通过将结晶器铜管锥度由0.45%/m调整为0.63%/m,1300℃保护渣粘度由0.60 Pa·s降到0.50 Pa·s,1300℃保护渣熔速由36s调整到49s,二冷比水量由0.30L/kg降到0.25L/kg,二冷段四面冷却改为八面冷却等措施,有效降低了大规格钢球钢铸坯及轧材的表面纵裂纹,轧材表面探伤合格率提高到95%以上。     

连铸板坯结晶器内钢液流速的控制与应用

针对SPHC-S铸坯生产存在夹渣缺陷的现状，对不同工况条件下的结晶器流场进行了测定，并根据测试结果进行了工业试验验证。结果表明，水口倾角相同的情况下，当插入深度为140 mm时，随着拉速由1.7 m/min增大至2.0 m/min,结晶器表面流速由0.201 m/s增大至0.279 m/s;当插入深度为160 mm时，相同涨速范围内，结晶器表面钢液流速由0.167 m/s增大至0.234 m/s。当水口插入深度相同，倾角为15°时，拉速由1.7 m/min增至2.0 m/min,结晶器表面流速由0.179 m/s增大至0.258 m/s;当浸入式水口倾角为30°时，结晶器表面钢液流速随着拉速的变化由0.167 m/s提高至0.234 m/s。经过表检系统验证试验热轧卷板夹渣情况，发现结晶器表面钢液流速为0.22～0.24 m/s时，卷板夹渣指数最小。此流速对应的最优工况为浸入式水口倾角30°,水口插入深度为160 mm,拉速为2.0 m/min,且按照此工艺参数进行工业生产验证后，卷渣缺陷相比之前减少51%。     

亚包晶钢板坯连铸保护渣凝固结晶行为的研究

对≤1.3 m/min常规拉速(TCaO/SiO₂=1.19)和≥1.5 m/min高拉速(TCaO/SiO₂=1.40)0.07～0.10C亚包晶钢板坯用两种保护渣(%:2.54～3.0Al₂O₃、7.34～8.35Na₂O、8.83～8.87F、0.79～3.00Li₂O)降温凝固过程中结晶特性以及结晶对熔渣粘度的影响进行了研究,得出高拉速保护渣在凝固之前有明显的结晶行为,结晶矿相主要为枪晶石(3CaO·2SiO2·CaF₂);常规拉速保护渣在凝固温度以上时,没有明显的结晶现象。与常规拉速保护渣相比,高拉速保护渣完全凝固后晶粒粗大,组织中有大量空隙,有利于增加渣膜热阻,减缓结晶器传热。TCaO/SiO₂=1.40保护渣在结晶温度以上时,具有较低的粘度,有利于结晶器润滑;结晶温度以下时,粘度迅速增加,有利于增加固渣膜厚度,减缓结晶器传热。     

提高亚包晶钢板坯拉速对结晶器传热的影响

通过对提高亚包晶钢AQ钢种230 mm×1200 mm板坯拉速试验过程中结晶器冷却水参数、铜板测温等数据进行适时记录,并与数学模型及ANSYS商业软件相结合,研究了提高拉速对结晶器平均热流、局部热流、铜板温度场以及坯壳厚度的影响。结果表明,拉速由1.3m/min提高到1.5m/min时,平均热流增加0.1 MW/m²左右,宽边弯月面区域局部热流增加0.13 MW/m²,但均在合理范围内,这与采用高碱度高结晶温度的试验保护渣有关;结晶器窄/宽面平均热流比超过0.9,应适当减少结晶器锥度;宽面坯壳厚度平均减薄4 mm左右,应严格控制结晶器传热强度,以保证连铸工艺稳定和铸坯质量。     

利用高黏度保护渣解决低碳钢铸坯表面夹渣缺陷

低碳钢铸坯在连铸过程中表面容易产生夹渣缺陷。通过增加保护渣中MgO、MnO、Al2O3等的含量,可在提高保护渣黏度的同时加大保护渣的表面张力以及钢-渣界面张力,有利于钢、渣分离。根据经验公式η1 300℃·Vc=0.1~0.35以及武钢炼钢总厂四分厂连铸机拉速为1.3 m/min的实际情况,将试验保护渣黏度设计值由0.13 Pa·s提高到国内外专家要求的最大值0.25 Pa·s,连铸坯轧制钢材表面夹渣率由50%大幅度下降到20.5%。为了进一步降低夹渣率,根据试验情况及国内外保护渣设计理念,再次将保护渣的黏度由0.25 Pa·s提高至0.45 Pa·s,同时引入含量2%的Li2O,以改善传热条件,保证良好的润滑效果,实现保护渣均匀地消耗凝固,为坯壳均匀形成创造更有利的条件。最终将钢材表面夹渣率降到0.35%,提高了连铸坯及轧材合格率,满足了客户需求。     

15CrMoG钢棒材表面缺陷机理分析和工艺改进

分析得出,棒材表面细小纵裂纹和表面裂口缺陷产生于铸坯加热之前,且与结晶器弯月面保护渣有关。利用Thermo-Calc热力学软件计算15CrMoG钢凝固相变过程,结合亚包晶钢连铸凝固特点综合分析15CrMoG钢棒材表面缺陷的产生原因和产生机理。结果表明:15CrMoG钢在固相线温度附近发生包晶反应L+δ→γ和包晶转变δ→γ,不仅导致初生坯壳生长不均匀,而且加剧P、S元素在凝固前沿的偏析。而初生坯壳不均匀是导致棒材表面缺陷根本原因。棒材表面细小纵裂纹产生于结晶器内坯壳薄弱处,经过二冷和轧制工序在夹杂物和硫偏聚处扩展长大。棒材表面裂口缺陷是初生坯壳不均匀导致结晶器内液面波动大,造成铸坯夹渣所致。通过控制[C]0.16%～0.17%、[S]≤0.005%、保护渣碱度1.2、熔点≥1200℃、粘度≥1.0Pa·s,260 mm×30mm铸坯水量150 m³/h,拉速0.5 m/min等措施,裂纹合格探伤合格率由原45%提高至98%。     

15CrMoG矩形坯保护渣优化实践

针对15CrMoG矩形坯出现的凹陷与纵向裂纹,设计了保护渣熔化温度、碱度、粘度等技术参数。将保护渣碱度由0.85调整到1.15,熔点由1 132℃调整到1 200℃,粘度由0.67 Pa·s调整到1.4 Pa·s,提高保护渣的析晶率,增大固态渣膜厚度,提高热阻,均匀稳定了传热;同时将保护渣熔速由70 s优化到32 s,控制振动参数,提高非正弦振动偏斜率,增大保护渣消耗量,改善润滑。通过保护渣理化指标和振动参数的优化,消除了铸坯表面凹陷与纵向裂纹。不良铸坯的精整处理比例大幅降低,减少了铸坯修磨工作量,提高了金属收得率。     

结晶器渣圈对渣道压力、振痕及渣耗影响的分析

对比分析了三种类型结晶器渣圈,阐明了渣圈对连铸坯生产过程的影响。结果表明,当渣圈存在时,渣道动态压力变化幅度显著增大,最大正压由1.373 k Pa提高到21 k Pa,压力增大导致振痕产生,渣圈越厚,振痕越深;同时,渣圈会影响保护渣的消耗量,无渣圈时,最大渣耗量为0.009 7 kg/(m·s),渣圈存在时,最大渣耗量降至0.007 kg/(m·s),较厚的渣圈会使渣道宽度变窄,在振动负滑脱中期降低保护渣的消耗量。     

减少A36含硼钢板坯角部横裂纹的工艺实践

A36含硼钢(/%:0.16～0.20C、0.10～0.25Si、0.20～0.40Mn、≤0.030P、≤0.015S、0.010～0.030Al、0.015～0.025Ti、0.001 0～0.001 8B)1 550 mm×230 mm板坯的生产流程为铁水预处理-210 t BOF-钢包吹氩-LF-连铸工艺。通过控制[C]≥0.16%,结晶器保护渣碱度由1.23提高到1.27,粘度由0.165 Pa·s降至0.123 Pa·s,在拉速1.0 m/min时负滑动时间由0.22 s降至0.15 s,降低结晶器和矫直段铸坯边部的冷却水量,控制铸机对弧精度和辊缝精度,铸坯表面未发现明显的横裂纹,铸坯的修磨量由0.18%降至0.03%。     

首钢京唐3号铸机高拉速工艺研究与实践

 为了实现首钢京唐3号铸机拉速达到2.5m/min的目标,在现有连铸参数的基础上分别对结晶器冷却水量、保护渣成分和浸入式水口结构进行了优化。工业试验结果表明：参数优化后,拉速可稳定保持在2.3m/min;结晶器液面波动得到明显改善,宽窄面平均热流稳定,铜板温度场合理,液渣层厚度适宜,保护渣消耗量有所增加,为拉速进一步提高提供了试验依据。     

微合金钢连铸方坯表面裂纹成因分析及控制

针对某厂生产微合金钢大方坯产生大量表面缺陷的状况,对铸坯生产过程的工艺参数进行了统计分析,利用Gleeble-1500热模拟试验机研究了钢种的热塑性,同时利用金相显微镜、SEM、TEM对缺陷铸坯的微观组织和析出粒子等进行了分析研究,结果表明:铸坯在矫直区产生17~25μm的铁素体膜,产生应力集中。裂纹处残余铜含量偏高,诱发裂纹生成延伸。拉速由0.58m/min提升至0.63m/min时,铸坯在矫直区温度平均提高40℃左右。控制钢水w(N)在45×10-6左右,结晶器保护渣碱度在1.11,黏度为0.85Pa·s,液渣层厚度在8mm以上时,可以有效改善铸坯裂纹。     

浸入式水口对82B钢方坯渣沟缺陷的影响

 为了解决82B钢连铸坯表面出现渣沟的问题,以提高钢渣界面温度、改善保护渣的熔化与润滑效果为出发点,对连铸现场180 mm×180 mm小方坯结晶器建立三维数学模型,对比施加电磁搅拌工艺不同直通型浸入式水口下结晶器内流场和温度场分布。计算结果表明,当水口内/外径由40/100 mm变为30/70 mm后,水口两侧流速大于0.15 m/s的流场区域扩大,水平截面环流最大流速由0.44 m/s降低至0.42 m/s,这表明流股对四周壁面的冲刷作用减弱;钢液面最大流速由0.12 m/s增大至0.15 m/s,高温区域范围扩大。综合效果显示,水口内外径减小对结晶器内的流场影响较小,钢渣界面附近钢液温度提高。现场试验统计表明,水口内外径减小后,保护渣消耗量由吨钢0.189 kg提高到0.228 kg,钢液面处保护渣的熔化良好,润滑效果得到了改善。配合保护渣优化等措施,铸坯表面渣沟发生率明显下降,由改进前的40%~50%降低到改进后的1%以内。     

板坯连铸结晶器保护渣性能的高拉速适用性研究

试验研究了唐山不锈钢厂180～200 mm板坯连铸使用的成分(%)分别为56～58黄长石、25～27硅灰石、4～5枪晶石、10～12玻璃相和20～22黄长石、78～80玻璃相两种结晶器保护渣的理化特性、结晶相结构及渣液的化学成分、熔化温度和液渣层的厚度。结果表明,在拉速≥1.5 m/min时,为使保护渣在结晶器内保持"全程液态润滑",保护渣的熔化温度应≤1049℃,熔化速度控制在(34±2)s;最佳熔渣层厚度为10～15 mm,渣子粘度为0.19 Pa·s。     

H型钢Q235B连铸保护渣的优化

针对津西钢铁厂H型钢Q235B(0.14%～0.18%C)铸坯(宽面550 mm,窄面440 mm,腹板90 mm)经常出现纵裂等缺陷,基于原有保护渣(%:29～30SiO2、25～26CaO、10～11Al2O3、3.0～3.5Fe₂O₃、15～17C、≤0.5H₂O),通过正交实验和优化设计,开发出一种高性能保护渣(%:37.50SiO₂、37.50CaO、6Al₂O₃、7CaF₂、12Na₂O、7石墨、1.5炭黑)。与原保护渣相比,优化渣的半球点温度、粘度和熔化时间分别从1 167℃,0.77 Pa·s和57 s下降至1 092℃,0.27 Pa·s和32.5 s。优化渣应用表明,当拉速由0.98 m/min提高到1.2 m/min时,铸坯质量良好。     

方坯亚包晶钢漏钢原因分析与控制

结合生产实践,分析了安钢小方坯亚包晶钢漏钢的原因,制定了相应的措施。通过对亚包晶钢成分、中包温度、拉速、结晶器锥度以及进水温度等工艺参数的优化,实现了小方坯亚包晶钢漏钢次数由之前的3.2次/千吨钢降低到0.25次/千吨钢,取得良好的效果。     

Q235B和Q345B钢中厚板表面纵裂纹的成因分析和工艺优化

Q235B钢（/%:0.14~0.17C,0.30~0.60Mn,0.010~0.040Als）和Q345B钢（/%:0.15~0.18C,1.30~1.60Mn,0.010~0.040Als）100 mm厚板的生产流程为铁水预处理-120 t转炉-LF-200 mm板坯连铸-轧制工艺。通过分析得出中厚板表面纵裂纹源于铸坯裂纹。通过保护渣碱度由1.16提高至1.26,1300℃黏度由0.80Pa·s提高至0.97 Pa·s,软搅拌时间不低于10 min,拉速控制在1.0 m/min左右,液面上下波动≤5 mm,保持结晶器锥度9.0 mm,钢水过热度20~25℃,二冷水为0.662 L/kg等工艺措施,使Q235B和Q345B钢中厚板纵裂率由2.17%下降至1.08%,板材综合合格率由原94.78%提高到98.16%。     

动力钢公司高速薄板坯连铸机的结晶器保护渣性能

美国动力钢公司的薄板连铸机为双流 ,A流于 1995年11月 10日投产 ,B流于 1998年 5月 18日投产。 1998年 1月 ,单流月产量达到 9.6万 t,平均注速为 4.95 m/ min。为了使平均注速提高到 5 .5 m/ min,且不影响铸坯质量或不增加拉漏率 ,该公司进行了大量的研究。研究发现在提高注速时 ,为保证铸坯质量必须选择合适的结晶器保护渣。该公司研究的四种典型的结晶器保护渣的性能见附表。通过对注速、热传导以及结晶器保护渣消耗的研究得出 ,结晶器保护渣 A、B适于低、中碳钢的生产。　　附表四种典型的结晶器保护渣的性能项目 结晶器保护渣 A结晶…     

优化保护渣提高超低碳IF钢表面质量

 通过优化调整保护渣成分,保护渣熔点由1 222降至1 188 ℃,黏度由0.26提高到0.32 Pa·s,并进行工业试验,利用Aspex对铸坯不同部位大于2 μm的夹杂进行检测,发现铸坯边部和1/4宽、1/2宽、1/2厚度位置夹杂物均有所降低,同时热轧板卷表面临时封锁率由4.51%降低至2.55%。对采用改进保护渣后铸坯中不同部位夹杂物降低的原因进行分析,研究了保护渣吸附不同质量分数Al2O3夹杂后,保护渣熔化温度、黏度的影响规律,发现当添加Al2O3为12%时,保护渣A熔化温度最高至1 259 ℃;保护渣B熔化温度为1 203 ℃,保护渣A与B的黏度分别为0.79和0.59 Pa·s,黏度过大不利于吸附Al2O3夹杂。