不銹鋼板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼/渣界面行為模擬及卷渣分析

為研究連鑄過(guò)程中高溫區(qū)δ鐵素體含量對(duì)凝固傳熱的影響,采用商業(yè)有限元軟件ansys,利用單元生死技術(shù),對(duì)316不銹鋼板坯的澆注過(guò)程進(jìn)行了模擬。采用2-d模型,分別計(jì)算了δ鐵素體含量為0、25%、50%、75%及100%時(shí)坯殼出口溫度、坯殼厚度及表面溫度的變化,探討了坯殼生長(zhǎng)及厚度變化規(guī)律。結(jié)果表明,隨著δ鐵素體含量升高,坯殼出口溫度升高,表面溫度變化劇烈,坯殼的出口厚度減薄。

通過(guò)數(shù)值模擬研究了304不銹鋼200mm×1550mm板坯結(jié)晶器內(nèi)用原水口時(shí)的鋼液流場(chǎng)及鋼-渣界面的特征。結(jié)果表明,原水口的結(jié)晶器流場(chǎng)的上回流過(guò)強(qiáng),鋼-渣界面的不穩(wěn)定,結(jié)晶器窄邊渣液層薄,易發(fā)生卷渣和鋼液裸露;最優(yōu)化水口結(jié)構(gòu)為將原水口v型底部改成凹型、增加水口出口形狀的錐度、向上傾角10°。

1前言結(jié)晶器保護(hù)渣是一種合成渣，通常用在鋼的連續(xù)澆鑄過(guò)程中，特別是板坯的連續(xù)澆鑄中。澆鑄時(shí)將保護(hù)渣加入到熔池內(nèi)鋼液表面，由于鋼液的傳熱作用，保護(hù)渣被熔化并流入到結(jié)晶器器壁和凝固坯殼之間的縫隙中。連鑄中所使用的結(jié)晶器保護(hù)渣應(yīng)滿足以下幾個(gè)要求：

利用數(shù)值模擬方法對(duì)比分析了不同浸入式水口傾角角度下結(jié)晶器內(nèi)鋼水流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的分布情況。結(jié)果表明,在同一結(jié)晶器斷面寬度和工藝參數(shù)條件下,隨著水口側(cè)孔傾角角度的增加,側(cè)孔注流在窄面的沖擊位置上升,沖擊強(qiáng)度減小,鋼液面處鋼水卷渣和液面裸露的幾率增加,鋼液面處鋼水溫度增加。其中,當(dāng)水口側(cè)孔角度為向上0°和5°時(shí),鋼液面處鋼水表面流速變化相對(duì)較小,說(shuō)明對(duì)于該斷面不銹鋼板坯,水口側(cè)孔傾角角度在0°～5°范圍內(nèi)時(shí)在利于鑄坯質(zhì)量的提高.

采用商業(yè)有限元軟件的熱-力耦合模型,對(duì)304不銹鋼板坯在結(jié)晶器內(nèi)的坯殼溫度及變形進(jìn)行數(shù)值模擬。計(jì)算出304不銹鋼板坯在結(jié)晶器內(nèi)溫度場(chǎng)分布和變形,在此基礎(chǔ)上探討了坯殼生長(zhǎng)、收縮的規(guī)律。

為研究結(jié)晶器內(nèi)鋼液流場(chǎng),通過(guò)對(duì)工藝參數(shù)的優(yōu)化,進(jìn)一步提高鑄坯質(zhì)量,以天津鋼鐵集團(tuán)有限公司4#-vai板坯連鑄結(jié)晶器為原型進(jìn)行水模試驗(yàn),通過(guò)調(diào)節(jié)拉速、水口浸入深度,研究了結(jié)晶器內(nèi)流場(chǎng)形態(tài)、液面波動(dòng)、流場(chǎng)沖擊深度和保護(hù)渣形貌等的變化情況。模擬試驗(yàn)表明,在現(xiàn)有參數(shù)和水口尺寸情況下,結(jié)晶器流場(chǎng)合理、液面渣層平穩(wěn)、坯殼厚度均勻,能夠滿足鑄坯質(zhì)量要求。

由于鋼種特點(diǎn),連鑄馬氏體不銹鋼板坯容易產(chǎn)生裂紋缺陷,影響生產(chǎn)節(jié)奏和修磨效率;同時(shí),由于采用通用型保護(hù)渣,也無(wú)法針對(duì)馬氏體不銹鋼板坯質(zhì)量問(wèn)題做出進(jìn)一步改進(jìn)。因此,嘗試馬氏體不銹鋼板坯連鑄保護(hù)渣的國(guó)產(chǎn)化研制和使用,通過(guò)保護(hù)渣堿度、caf等的不同范圍與保護(hù)渣結(jié)晶、黏度性能的關(guān)系研究,確定采用高堿度、低黏度、高結(jié)晶性的保護(hù)渣設(shè)計(jì)原則,并由此得出了適應(yīng)馬氏體不銹鋼板坯連鑄的保護(hù)渣設(shè)計(jì)方案。實(shí)際使用過(guò)程中,板坯縱裂率下降幅度達(dá)到30%,證明了馬氏體不銹鋼連鑄板坯保護(hù)渣設(shè)計(jì)和研制的合理性和可行性。

在分析304奧氏體不銹鋼凝固特性的基礎(chǔ)上,研制開(kāi)發(fā)了板坯連鑄304奧氏體不銹鋼用td601結(jié)晶器保護(hù)渣。td601結(jié)晶器保護(hù)渣有較強(qiáng)的吸附夾雜物的能力,具有較好的穩(wěn)定性、適用性,能滿足生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工藝要求?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),鑄坯修磨率降低、成品材質(zhì)量?jī)?yōu)級(jí)率提高。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果,采用物理模擬和數(shù)學(xué)模擬相結(jié)合的方法,系統(tǒng)地研究了浸入式水口單側(cè)結(jié)瘤對(duì)結(jié)晶器內(nèi)流場(chǎng)、液渣層以及氣泡的影響,同時(shí),還考察了不同體積的結(jié)瘤物脫落進(jìn)入結(jié)晶器后的運(yùn)動(dòng)軌跡。研究結(jié)果表明,水口單孔結(jié)瘤將導(dǎo)致結(jié)晶器兩側(cè)流場(chǎng)不對(duì)稱。相比較于結(jié)瘤側(cè),未結(jié)瘤側(cè)流量增加,流股沖擊增強(qiáng),保護(hù)渣卷入鋼液的幾率增大,同時(shí),未結(jié)瘤側(cè)的氣泡數(shù)量增多,氣泡穿透深度增大。此外發(fā)現(xiàn),不同體積結(jié)瘤物脫落進(jìn)入結(jié)晶器后,粒徑較大者更容易上浮至結(jié)晶器液面。

歸功于達(dá)涅利不斷的技術(shù)革新,比利時(shí)阿塞洛米塔爾industeel鋼廠成功生產(chǎn)355mm厚度不銹鋼連鑄板坯。比利時(shí)阿塞洛米塔爾industeel鋼廠板坯連鑄機(jī)成功生產(chǎn)全球最厚的不銹鋼板坯(355mm)。改造的鋼廠設(shè)計(jì)用來(lái)生產(chǎn)特殊鋼(如碳錳鋼hic-s355,a387鉻-鉬鍋爐用鋼,高限彈力鋼,不銹鋼-奧氏體304-316-雙相鋼),連鑄機(jī)設(shè)計(jì)最大厚度

建立了連鑄板坯凝固傳熱與自由線收縮計(jì)算模型。揭示了不銹鋼板坯連鑄凝固與冷卻過(guò)程線收縮的一般規(guī)律,為鑄機(jī)基礎(chǔ)輥縫錐度曲線的設(shè)計(jì)提供了合理依據(jù)。針對(duì)304不銹鋼板坯連鑄,結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)冷卻條件的計(jì)算分析表明:連鑄過(guò)程板坯厚度的自由線收縮在二冷初期較為平緩,二冷后期鑄坯凝固末端附近為快速線收縮階段;目標(biāo)表面溫度下,拉速對(duì)板坯厚度線收縮量與線收縮率差異影響顯著;板坯斷面厚度影響次之,澆鑄過(guò)熱度影響不明顯。此外,板坯厚度的線收縮沿寬向分布并不均勻,其中角部附近的線收縮量最大,不同部位的線收縮范圍構(gòu)成了該鋼種連鑄的輥縫設(shè)定操作窗口。

以150mm×1600~3250mm寬板坯連鑄結(jié)晶器為研究對(duì)象,利用大型商業(yè)軟件ansyscfx10.0建立了1個(gè)三維有限體積模型,對(duì)結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬。研究了拉速、浸入深度、水口傾角、斷面寬度等工藝參數(shù)對(duì)結(jié)晶器內(nèi)流場(chǎng)和窄面沖擊壓力的影響。結(jié)果表明:隨著拉速的增大,表面流速和鋼液對(duì)窄面的沖擊壓力都顯著增加,采用較大的水口傾角和浸入深度,可以抑制液面波動(dòng),減少卷渣。

采用數(shù)值模擬的方法,建立了描述某廠結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)的數(shù)學(xué)模型;用有限體積法求解,研究了結(jié)晶器內(nèi)的鋼液流動(dòng)行為,詳細(xì)分析了結(jié)晶器浸入式水口(sen)插入深度、側(cè)孔傾角和拉速對(duì)結(jié)晶器內(nèi)鋼液流場(chǎng)的影響。得出了適合該廠連鑄工藝條件的浸入式水口形式和拉坯速度,即水口合理的出口傾角應(yīng)為向下15°左右;在水口結(jié)構(gòu)一定條件下,水口插入深度140～170mm比較適宜;合理的拉速應(yīng)控制在1.4～2.0m/min。

采用三維有限元技術(shù),研究了連鑄過(guò)程中高溫區(qū)δ鐵素體含量對(duì)鋼水凝固的影響。通過(guò)對(duì)316不銹鋼板坯澆鑄過(guò)程的模擬,獲得了凝固過(guò)程中δ鐵素體含量對(duì)坯殼出口溫度、角部溫度及坯殼厚度變化的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)鐵素體含量能夠極大增加坯殼縱向溫度,但對(duì)橫向溫度的梯度的變化影響較小。通過(guò)分析橫向溫度的變化,確定在距角部40mm左右處坯殼最薄。同時(shí),也研究了出口坯殼厚度變化規(guī)律,隨著δ鐵素體含量的增加,出口處坯殼厚度逐漸減小,厚度差逐漸變大。

數(shù)值模擬了板坯結(jié)晶器內(nèi)鋼液的綜合冶金行為。結(jié)果表明:鋼水的流動(dòng)狀態(tài)主要決定于浸入式水口鋼水射流形態(tài)和強(qiáng)度。在已經(jīng)給定浸入式水口工作端的條件下,由于水口吐出孔附近存在低壓抽引回流區(qū),所以鋼水僅從吐出孔下部流出,降低了水口吐出孔的有效利用面積。大斷面會(huì)使其彎月面的過(guò)熱度降低;坯殼溫度變化主要集中在窄面沖擊區(qū)域,該區(qū)域坯殼溫度隨鑄坯斷面增加而降低。斷面尺寸為1400mm×230mm和1600mm×230mm的鑄坯,結(jié)晶器出口處窄面凝固坯殼厚度能達(dá)到11.5mm;對(duì)于1800mm×230mm斷面在結(jié)晶器出口處窄面凝固坯殼厚度能達(dá)到13.4mm。鑄坯寬面坯殼厚度受斷面變化的影響很小。

基于熱電偶實(shí)測(cè)溫度,建立了包晶鋼寬厚板坯連鑄結(jié)晶器有限元傳熱模型和熱流密度非線性估算模型.應(yīng)用模型反算獲得包晶鋼寬厚板坯結(jié)晶器的熱流密度,在與熱平衡計(jì)算得到的平均熱流密度進(jìn)行比較后,闡述了模型的有效性,并分析了實(shí)際生產(chǎn)條件下結(jié)晶器銅板的溫度分布規(guī)律.結(jié)晶器寬面和窄面的平均熱流密度分別為1.141和1.119mw·m~(-2).溫度在靠近結(jié)晶器背面呈波浪形分布,最大溫差為29.6℃,然而在遠(yuǎn)離背面位置,溫度變化平緩.隨距彎月面距離的增加,溫度呈降低趨勢(shì),然而在距結(jié)晶器出口附近出現(xiàn)回溫現(xiàn)象.同時(shí)寬厚板坯連鑄結(jié)晶器的熱流密度和溫度分布均有別于傳統(tǒng)板坯連鑄.

利用數(shù)值模擬方法對(duì)比分析了不同不銹鋼板坯寬度下結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動(dòng)和溫度分布情況。結(jié)果表明,在同一浸入式水口結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)條件下,隨著結(jié)晶器寬度的增加,側(cè)孔注流在窄面的沖擊位置下降,沖擊強(qiáng)度減弱,鋼液面處鋼水卷渣和液面裸露的幾率減小,但液面處鋼水溫度降低。其中,當(dāng)鑄坯斷面大于1360mm時(shí),結(jié)晶器內(nèi)鋼水對(duì)窄面中心的沖擊速度和鋼液面處鋼水表面流速變化不大。綜合表明,該水口澆注不銹鋼板坯的適宜寬度范圍為1360～1600mm.

在以冶金部科技司副司長(zhǎng)那寶魁同志為組長(zhǎng)的鑒定領(lǐng)導(dǎo)小組和以上鋼三廠王樂(lè)基同志為主任委員的鑒定委員會(huì)主持下,于1986年2月16～28日在太原召開(kāi)了冶金部國(guó)家技術(shù)攻關(guān)課題《太鋼不銹鋼立式板坯連鑄機(jī)技術(shù)鑒定會(huì)》,對(duì)我國(guó)自行設(shè)計(jì)、制造和安裝的第一臺(tái)不銹鋼板坯連鑄機(jī)通過(guò)了技術(shù)鑒

AISI409L鐵素體不銹鋼板坯連鑄過(guò)程工藝研究

西門子奧鋼聯(lián)公司（siemensvai）9月19日稱，一臺(tái)可鑄造世界最厚不銹鋼板坯的單線式連鑄機(jī)已于2013年7月在韓國(guó)浦項(xiàng)鋼鐵（posco）投入運(yùn)行。該臺(tái)位于浦項(xiàng)鋼鐵4號(hào)不銹鋼廠的連鑄機(jī)由西門子金屬科技建造，設(shè)計(jì)年產(chǎn)能為70萬(wàn)噸奧氏體和鐵素體不銹鋼板坯，

不銹鋼板表面光潔，有較高的塑性、韌性和機(jī)械強(qiáng)度，耐酸、堿性氣體、溶液和其他介質(zhì)的 腐蝕。它是一種不容易生銹的合金鋼，但不是絕對(duì)不生銹。 不銹鋼板按制法分熱軋和冷軋的兩種，包括厚度0.5-4毫米的薄板和4.5-35毫米的厚板。 按鋼種的組織特征分為5類：奧氏體型、奧氏體-鐵素體型、鐵素體型、馬氏體型、沉淀硬 化型。 要求能承受草酸、硫酸-硫酸鐵、硝酸、硝酸-氫氟酸、硫酸-硫酸銅、磷酸、甲酸、乙酸等各 種酸的腐蝕，廣泛用于化工、食品、醫(yī)藥、造紙、石油、原子能等工業(yè)，以及建筑、廚具、 餐具、車輛、家用電器各類零部件。 為了保證各類不銹鋼板的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和硬度等力學(xué)性能符合要求，鋼板交 貨前必須經(jīng)過(guò)退火、固溶處理、時(shí)效處理等熱處理。不銹鋼的耐腐蝕性主要取決于它 的合金成分（鉻、鎳、鈦、硅、鋁等）和內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，起主要作用的是鉻元素。鉻具有 很高的化學(xué)穩(wěn)定

近日，寶鋼特鋼煉鋼廠通過(guò)優(yōu)化生產(chǎn)組織，在不銹鋼304板坯系列等鋼種生產(chǎn)中，成功組織了1次中間包5連澆生產(chǎn)嘗試。此次中間包5連澆生產(chǎn)，最大的變化是采取了“二加一對(duì)一”的生產(chǎn)流程模式，即兩個(gè)電爐加一個(gè)aod爐對(duì)一臺(tái)連鑄機(jī)。此前，由于受上下游生產(chǎn)能力不匹配影響，該廠一直采取加開(kāi)一個(gè)aod爐的生產(chǎn)模式來(lái)滿足生產(chǎn)需要，對(duì)生產(chǎn)消耗及成本控制產(chǎn)生了較大壓力。