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板坯連鑄過程凝固傳熱數(shù)值計算與工藝優(yōu)化

　　摘要：連鑄過程鑄坯凝固傳熱規(guī)律與鑄坯質(zhì)量、連鑄過程順行密切相關(guān)。針對某廠連鑄板坯凝固傳熱過程開展數(shù)值計算研究，結(jié)果表明，在二冷6～8區(qū)及空冷區(qū)開始階段存在較明顯的回溫趨勢，且坯殼溫度較高，8區(qū)末鑄坯寬面中心溫度達到約1 032 ℃。此外，輕壓下系統(tǒng)熱跟蹤模型計算凝固終點位置較靠前，壓下區(qū)間有待優(yōu)化。針對上述問題，將二冷水量由0.42 L/kg增加至0.56 L/kg，動態(tài)輕壓下區(qū)間鑄坯中心固相率fs=0.3~0.7優(yōu)化為fs=0.5~1.0。工藝優(yōu)化后，鑄坯內(nèi)裂紋得到改善，中心碳偏析指數(shù)由1.23降低至1.09。

　    關(guān)鍵詞連鑄; 板坯; 凝固傳熱; 輕壓下; 內(nèi)裂紋; 中心偏析

　　1、引言

　　連鑄是當前鋼鐵生產(chǎn)流程中的重要工序，具有高金屬收得率、高效率等優(yōu)勢，目前超過96%的粗鋼生產(chǎn)均采用連鑄。連鑄過程中，鑄坯在出鑄機末端前，經(jīng)過結(jié)晶器冷卻、二次冷卻及空氣冷卻釋放的熱量達到總熱量40%以上，直接影響連鑄坯表面質(zhì)量(表面裂紋)、內(nèi)部質(zhì)量(內(nèi)裂紋、中心偏析)及連鑄過程的順行。此外，連鑄坯凝固傳熱規(guī)律與輕壓下等工藝密切相關(guān)，是制定輕壓下區(qū)間與壓下量的關(guān)鍵依據(jù)。為制定合理冷卻及其他相關(guān)工藝參數(shù)，一些研究者針對連鑄過程鑄坯凝固傳熱規(guī)律開展了研究。謝仲豪等采用ANSYS軟件建立了大斷面圓坯連鑄凝固傳熱與應(yīng)力計算模型，并結(jié)合原位分析與掃描電鏡檢測結(jié)果，揭示了大斷面連鑄圓坯中心裂紋成因，并提出了控制措施。WU C H等計算了非均勻冷卻條件下板坯連鑄凝固傳熱過程，并在此基礎(chǔ)上計算了輕壓下理論壓下量、熱收縮變形及坯殼鼓肚變形，為設(shè)定輕壓下工藝、鑄機基礎(chǔ)輥縫與合理冷卻工藝提供了理論依據(jù)。潘文鋒等采用三維模型計算了板坯連鑄過程凝固傳熱規(guī)律，對比分析了不同二冷噴嘴安裝方式下鑄坯寬向溫度分布特征，據(jù)此優(yōu)化了噴嘴安裝方式，鑄坯寬向冷卻凝固均勻性得到顯著改善。蔡兆鎮(zhèn)等基于不同冷卻工藝下微合金鋼鑄坯角部溫度數(shù)值計算結(jié)果，成功開發(fā)應(yīng)用了鑄坯角部晶粒超細化控冷工藝，有效解決了微合金鋼鑄坯角部橫裂紋問題。王少偉等建立中碳鋼板坯連鑄過程凝固傳熱模型，定量揭示了元素偏析量、鋼水黏度與鑄坯中心固相率關(guān)系，制定了最優(yōu)輕壓下區(qū)間。高向宙等針對寬厚板坯連鑄過程凝固傳熱規(guī)律開展了數(shù)值模擬，對比分析了不同澆鑄工況時的特征點溫度與兩相區(qū)長度等規(guī)律，為輕壓下工藝制定提供了數(shù)據(jù)支撐。本文以某廠連鑄板坯為對象，針對其橫斷面建立了二維凝固傳熱模型，計算分析了連鑄過程中的鑄坯特征點溫度、芯部固相率、坯殼厚度，并與輕壓下系統(tǒng)在線熱跟蹤模型計算結(jié)果進行了對比，在此基礎(chǔ)上針對二冷配水及輕壓下區(qū)間開展了優(yōu)化，并采用優(yōu)化后的工藝進行了工業(yè)試驗，有效改善了板坯內(nèi)裂紋與中心偏析。
 

　　2、精選圖表

　　3、結(jié)論

　　(1)針對原工藝條件下鑄坯二冷凝固傳熱過程開展了仿真計算，得知凝固終點之前，鑄坯心部溫度緩慢降低，凝固終點后快速下降;拉速為1.0 m/min時，兩相區(qū)長度約11.67 m，結(jié)晶器出口坯殼厚度約為14.4 mm，拉速每增加0.1 m/min，兩相區(qū)長度增加約為0.92 m，結(jié)晶器出口坯殼厚度減薄約為0.25 mm;二冷6～8區(qū)及空冷區(qū)開始階段存在較大回溫趨勢，且坯殼整體溫度較高，8區(qū)末端鑄坯寬面中心溫度約為1 032 ℃。(2)拉速為1.0 m/min時，與所開發(fā)二維凝固傳熱模型相比，輕壓下系統(tǒng)的在線熱跟蹤模型計算凝固終點靠前約1.4 m。(3)基于凝固傳熱計算結(jié)果，對二冷配水與動態(tài)輕壓下區(qū)間進行了優(yōu)化，二冷比水量由0.42 L/kg增加至0.56 L/kg，動態(tài)輕壓下區(qū)間由fs=0.3~0.7優(yōu)化為fs=0.5~1.0。工藝優(yōu)化后，鑄坯內(nèi)裂紋得到明顯改善，中心碳偏析由1.23降低至1.09。