低合金高强度钢连铸板坯热送过程中温度控制的模拟研究

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连铸坯热送热装技术对于紧凑式现代钢铁企业的流程顺行,节能降耗有着重要意义。然而对于用途日益广泛的高强度低合金钢连铸坯,在采用热送热装生产工艺时却容易出现表面裂纹。这已成为制约生产中、厚板材的大型钢铁企业实现流程优化和节能降耗的技术瓶颈。本文以重钢2#板坯连铸机铸坯的热装热送工艺为研究对象,以实现高强度低合金钢连铸板坯的热送热装为目标,从铸坯热送过程中的热履历出发研究了铸坯在辊道直接热送、低温/延时热送以及表面淬火-热送三种热送制度下的传热情况,综合考虑了材料热物性参数、换热系数等性能数据,采用有限元法,建立其传热数学模型。重点分析了表面淬火-热送过程中铸坯的温度变化情况,通过实验室研究对表面淬火过程中铸坯与冷却介质之间的换热行为进行了分析,并将其综合换热系数拟合为冷却水水流密度及铸坯表面温度的非线性函数,用于淬火-热送模型的计算当中。通过对不同热送工艺铸坯温度场的模拟计算,发现在采用辊道直接热送工艺时,铸坯入炉温度常常处于两相区温度之间,而对于高强度低合金钢,两相区温度送装易出现表面裂纹,故不能使用。而采用延时热送的方式,通过下线堆冷使铸坯表面温度降至两相区温度以下,虽然能够有效防止裂纹的产生,但堆冷耗时较长,且热量损失大,无法发挥热送热装节能降耗、顺行工艺、提高生产力等优势。而采用表面淬火-热送工艺,铸坯无需下线处理,热送时间与辊道直接热送基本相同。淬火后铸坯表面一定厚度温度降至两相区温度以下,而铸坯心部仍保持高温,在后续的输送过程中,高温心部将对表面进行回火,使表面温度回升至600℃以上。淬火-热送的节能效果仍然显著,能量节约总量为辊道直接热送能量节约总量的95%-75%,加热炉燃料节约总量为17-21kgce/t。根据淬火过程中冷却速度的不同,铸坯表面在淬火后可能会生成珠光体和铁素体、贝氏体、马氏体或是他们的混合组织。通过模拟铸坯淬火热送及再加热过程中含铌钢在不同冷却速度下的组织转变情况,以及后续再加热过程中的裂纹产生情况,发现快冷后组织若为珠光体或下贝氏体,铸坯表面高温性能较好,不易产生裂纹。与此同时,结合重钢现场淬火设备的具体情况,确定了高强度低合金钢的冷却速度范围。结合淬火初始温度、淬火速度、淬火层厚度及淬火后节能效果等淬火要求,通过数值模拟的方式确定了高强度低合金钢的合理淬火制度。考虑到淬火过程中铸坯前进速度过慢会降低生产效率,甚至影响连铸及后续轧制工艺的顺行,而冷却水流量过大则易造成铸坯内部较大的温度梯度,导致铸坯开裂。故在确定的前进速度及水流量范围内,取中间值最为合适。最后结合重钢生产现场,进行了板坯在线淬火-热送现场实验,对其淬火后温度及组织变化进行了研究。结果表明,在线表面淬火技术对于预防低合金钢热送裂纹的产生具有很大的应用潜力。
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