水平連鑄結(jié)晶器內(nèi)鐵水流動(dòng)及其對(duì)力學(xué)性能的影響

利用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法系統(tǒng)地研究了鑄鐵水平連鑄用矩形截面螺旋水道圓結(jié)晶器水冷套中水道結(jié)構(gòu)尺寸和水流量對(duì)結(jié)晶器換熱能力的影響。結(jié)果表明:在等水壓條件下,一定長(zhǎng)度及直徑的結(jié)晶器,其水道截面一定時(shí),水道寬度是結(jié)晶器換熱能力的控制因素;在其它條件相同時(shí),水道截面積增加能有效地提高換熱能力;水流量在很大范圍內(nèi)對(duì)結(jié)晶器換熱能力有調(diào)節(jié)作用。針對(duì)鑄鐵凝固特點(diǎn),提出鑄鐵水平連鑄用圓結(jié)晶器冷卻水道的設(shè)計(jì)原則。

日本川崎鋼鐵公司采用內(nèi)腔220～300mm、4×1.25～2m的弧形結(jié)晶器澆注板坯。為了克服連鑄時(shí)氧化鋁、結(jié)晶器保護(hù)渣和為防止浸入式水口阻塞而噴吹的氬氣所造成的缺陷,該公司認(rèn)為必須研究鋼水在結(jié)晶器內(nèi)的流動(dòng)方式以及噴吹氣體對(duì)它的影響,并找出控制鋼水流動(dòng)方式的方法。

建立了鑄鐵水平連鑄用結(jié)晶器水冷套的傳熱模型,并用有限差分法模擬計(jì)算了不同高寬比水道結(jié)構(gòu)的水冷套系統(tǒng)傳熱過(guò)程。水道高寬比k值對(duì)水冷套冷卻能力的影響規(guī)律是:k值增加,水道內(nèi)水流速、等效傳熱面積均減小,水套的冷卻能力降低。并根據(jù)計(jì)算結(jié)果提出了圓結(jié)晶器水冷套的設(shè)計(jì)原則

主要闡述了承鋼提釩鋼軋二廠為提高產(chǎn)品質(zhì)量,降耗增效,提出了結(jié)晶器流場(chǎng)存在的問(wèn)題,圍繞著改善結(jié)晶器流場(chǎng)的思路,重點(diǎn)從保護(hù)澆注、振動(dòng)、浸入式水口方面入手對(duì)結(jié)晶器流場(chǎng)進(jìn)行了優(yōu)化,在生產(chǎn)中取得了顯著效果。

在連鑄實(shí)驗(yàn)裝置上，以低熔點(diǎn)pb-sn-bi合金和硅油分別模擬鋼液和保護(hù)渣，對(duì)施加電磁場(chǎng)前后彎月面區(qū)域金屬流態(tài)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明：雙條形電磁場(chǎng)對(duì)彎月面區(qū)域金屬運(yùn)動(dòng)速度有較強(qiáng)抑制作用；能夠改善連鑄坯初凝固殼生成和生長(zhǎng)的條件。

在相同水平連鑄條件下,采用合金化方法研究了不同cu和mo含量對(duì)60mm球鐵型材的基體組織與力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,加入一定量的cu和mo元素,可以獲得珠光體型球鐵組織或奧氏體-貝氏體型球鐵,在mo含量不變時(shí),獲得鑄態(tài)奧氏體-貝氏體基體組織主要是由cu含量決定。加入cu和mo元素后,球鐵型材的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和硬度均得到較大提高,但沖擊韌度明顯下降。

研究了si對(duì)連鑄灰鐵棒材力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,連鑄棒材具有優(yōu)異的疲勞強(qiáng)度,但是隨著含硅量的增加,斷裂韌性和沖擊值降低,宜控制含硅量不超過(guò)2.2%。

水平連鑄灰鑄鐵型材力學(xué)性能的特點(diǎn)

介紹了差動(dòng)渦流式連鑄結(jié)晶器鋼水液位儀的基本原理及構(gòu)成。儀器可測(cè)量0～150mm的鋼水液位變化。傳感器的核心部分為1個(gè)發(fā)射線圈和2個(gè)接收線圈。信號(hào)放大單元采用差動(dòng)調(diào)幅原理,提高了信噪比,擴(kuò)大了量程。針對(duì)結(jié)晶器鋼水液位測(cè)量的特殊性,放大信號(hào)再經(jīng)信號(hào)處理單元的若干環(huán)節(jié)處理成可靠的、適于鋼水液位控制的4～20ma線性隔離輸出信號(hào)。

建立了鑄鐵水平連鑄用圓結(jié)晶器水冷套的換熱模型,給出了換熱邊界條件的確定方法。采用該計(jì)算方法可以計(jì)算不同水道結(jié)構(gòu)參數(shù)和不同水流參數(shù)下水冷套的換熱效果,其計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果基本符合。該計(jì)算方法可為設(shè)計(jì)結(jié)晶器水冷套時(shí)使用,并可與已有鑄鐵水平連鑄鑄坯凝固過(guò)程數(shù)值模擬計(jì)算程序結(jié)合,使之更加完善。

以低碳鋼種q235b、250mm×1600mm鑄坯為研究對(duì)象,在某鋼廠采用連鑄結(jié)晶器振動(dòng)喂鋼帶技術(shù),往連鑄結(jié)晶器鋼水中喂送低碳鋼帶。研究了連鑄結(jié)晶器振動(dòng)喂鋼帶對(duì)鑄坯的組織結(jié)構(gòu)以及性能的影響,結(jié)果表明,采用連鑄結(jié)晶器振動(dòng)喂鋼帶技術(shù),連鑄坯中心疏松與宏觀偏析分散且有所減輕,可改善其宏觀組織結(jié)構(gòu)質(zhì)量,降低軸向區(qū)域化學(xué)非均質(zhì)性,以及提高厚軋板的可塑性。

建立了鑄鐵鑄用圓結(jié)晶器水冷套的換熱模型,給出了換熱邊界條件的確定方法。采用該計(jì)算方法可以計(jì)算不同水道結(jié)構(gòu)參數(shù)和不同水流參數(shù)下水冷套的換熱效果,其計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果基本符合。該計(jì)算方法可為設(shè)計(jì)結(jié)晶器水冷套時(shí)使用,并與可已有鑄鐵水平連鑄鑄坯凝固過(guò)程數(shù)值模擬計(jì)算程序結(jié)合,使之更加完善。

連鑄技術(shù)由于生產(chǎn)效率高、成本低、鑄坯質(zhì)量好,在鋼鐵生產(chǎn)中占有絕對(duì)的比例。因此,連鑄坯質(zhì)量也直接制約著鋼鐵企業(yè)最終的產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。連鑄坯質(zhì)量問(wèn)題主要有連鑄坯內(nèi)部的偏析、疏松和裂紋等。若要改善這些內(nèi)部質(zhì)量問(wèn)題,解決思路之一就是改善其凝固的過(guò)程,提高等軸晶率。提高等軸晶率的方法又包括結(jié)晶器電磁攪拌、輕壓下、微合金化等,但是這些方法技術(shù)上都比較復(fù)雜,成本相對(duì)較高。

針對(duì)板坯連鑄過(guò)程,建立了鋼液流動(dòng)、傳熱、凝固的三維耦合數(shù)值計(jì)算程序,計(jì)算、分析了浸入式水口底部開(kāi)孔與否對(duì)連鑄過(guò)程鋼液的流動(dòng)、凝固特征的影響.計(jì)算結(jié)果表明,浸入式水口下部的開(kāi)孔可以有效地抑制下回流區(qū)的長(zhǎng)度,有利于形成較為穩(wěn)定的凝固坯殼,特別是可以防止一般水口在角部附近大面的拉漏.同時(shí)對(duì)于均勻斷面溫度有一定的作用,因此保留下部開(kāi)孔是有益的.

對(duì)水平連鑄結(jié)晶器用鈹鈷銅合金銅套的劃傷失效進(jìn)行了化學(xué)成分、硬度、金相組織、掃描電鏡等分析測(cè)試研究。結(jié)果表明:造成鈹鈷銅套失效的主要原因是合金中的氧化夾雜、低熔點(diǎn)元素在晶界偏聚分布,在高溫下造成晶界局部熔化形成小的熱蝕孔洞,鋼液深入"孔洞",冷凝后在連鑄鋼錠表面形成與"孔洞"大小的凸點(diǎn),在連鑄鋼錠向前牽移過(guò)程中這堅(jiān)硬的凸質(zhì)點(diǎn)劃傷銅套內(nèi)壁形成劃痕。同時(shí),銅套晶粒長(zhǎng)大粗化,產(chǎn)生沿晶裂紋,在拉坯過(guò)程中受拉力壓力作用,裂紋迅速沿夾雜擴(kuò)展,并且在高溫下被進(jìn)一步氧化,從而促進(jìn)銅套破壞,劃傷與開(kāi)裂導(dǎo)致銅套過(guò)早失效。

以承德鋼鐵廠板坯連鑄結(jié)晶器為原型,采用1∶1的水模型進(jìn)行試驗(yàn),研究了拉速、浸入式水口出口角度、水口浸入深度、水口底面結(jié)構(gòu)及結(jié)晶器斷面寬度等工藝參數(shù)對(duì)板坯結(jié)晶器內(nèi)表面流速的影響。結(jié)果表明:拉速對(duì)表面流速的影響最大,隨著拉速的提高,結(jié)晶器內(nèi)鋼液表面流速明顯增大,當(dāng)斷面寬度為1650mm,拉速由0.7m/min提高到1.4m/min,表面流速由0.04m/s提高到0.1m/s;波浪面結(jié)構(gòu)的浸入式水口表面流速效果最優(yōu)。

介紹了加工過(guò)程中pvc樹(shù)脂顆粒形態(tài)和結(jié)晶的變化過(guò)程,分析了加工配方、加工工藝對(duì)pvc凝膠化的影響,討論了pvc凝膠化度與制品力學(xué)性能的關(guān)系。

利用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法系統(tǒng)地研究了鑄鐵水平連鑄用矩形截面螺旋水道圓結(jié)晶器水冷套中水道結(jié)構(gòu)尺寸和水流量對(duì)結(jié)晶器換熱能力的影響結(jié)果表明：在等水壓條件下，一定長(zhǎng)度及直徑的結(jié)晶器，其水道截面一定時(shí)，水道寬度是結(jié)晶器換熱能力的控制因素；在其它條件相同時(shí)，水道截面積增加能有效地提高換熱能力；水流量在很大范圍內(nèi)對(duì)結(jié)晶器換熱能力有調(diào)節(jié)作用。針對(duì)鑄鐵凝固特點(diǎn)，提出鑄鐵水平連鑄用圓結(jié)晶器冷卻水道的設(shè)計(jì)原則。

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.

鑄鐵水平連鑄是一種新的鑄鐵毛坯生產(chǎn)工藝．本文闡述了該工藝過(guò)程、特點(diǎn)、適用范圍，重點(diǎn)介紹了該工藝國(guó)外應(yīng)用發(fā)展情況及國(guó)內(nèi)應(yīng)用前景。

介紹了鑄鐵水平連鑄大量生產(chǎn)工藝，其內(nèi)容包括：鐵水熔化，連鑄冷卻，拉拔工藝，結(jié)晶器及產(chǎn)品質(zhì)量控制等。

針對(duì)不銹鋼板坯結(jié)晶器的特點(diǎn)建立了數(shù)學(xué)模型,考察了浸入式水口的出鋼孔傾角、插入深度、拉速、板坯寬度等對(duì)結(jié)晶器內(nèi)鋼液流場(chǎng)的影響,為實(shí)際生產(chǎn)中澆注工藝參數(shù)的確定提供了理論依據(jù),并在其后的生產(chǎn)中得到了應(yīng)用。