馬 環(huán) 巴鈞濤 高建軍 李金良

(中國(guó)一重天津重型裝備工程研究有限公司，天津300457)

鋼錠冒口端缺陷與冒口保溫性能、冒口結(jié)構(gòu)及冒口磚質(zhì)量有直接關(guān)系，其中，冒口結(jié)構(gòu)直接影響了鋼錠頂部夾雜物的上浮通道，因此日本對(duì)于高端產(chǎn)品采取鋼錠削肩處理以去除鋼錠肩部的夾雜物。圖1為國(guó)外某鋼廠鋼錠棄料圖分布。本文通過(guò)系統(tǒng)模擬保溫帽徑縮比、錐度和法蘭厚度三個(gè)參數(shù)對(duì)鋼錠質(zhì)量的影響，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合理的保溫帽，在加強(qiáng)冒口保溫的同時(shí)，以減少鋼錠肩部夾雜上浮不利對(duì)鋼錠上端冶金質(zhì)量的影響。

1 方案設(shè)計(jì)

針對(duì)現(xiàn)有83 t錠型，采用單因素研究法，研究徑縮比、錐度及底沿法蘭厚度對(duì)鋼錠縮孔疏松的影響。表1為不同參數(shù)的對(duì)比設(shè)計(jì)方案。

2 計(jì)算結(jié)果

2.1 冒口徑縮比的影響

固定錐度11.4%，底沿法蘭厚度100 mm，研究不同徑縮比對(duì)縮孔疏松的影響。其中，現(xiàn)有83 t保溫帽冒口徑縮比為94.9%與設(shè)計(jì)方案95%相近，故用傳統(tǒng)83 t保溫帽模擬結(jié)果代表徑縮比95%模擬結(jié)果。

圖1 鋼錠棄料分布圖Figure 1 Distribution map of steel ingot scrap

表1 方案設(shè)計(jì)表Table 1 Scheme design table

從圖2可以看出，隨著冒口徑縮比逐漸增大，在同樣冒口重量下，冒口高度依次降低，欠澆高度逐漸增加。隨著冒口徑縮比逐漸增大，鋼錠的二次縮孔長(zhǎng)度逐漸變短，說(shuō)明隨著冒口徑縮比增大，冒口保溫性能增加，溫度場(chǎng)分布更為合理。

表2模擬結(jié)果表明，冒口徑縮比對(duì)鋼錠二次縮孔的影響較為明顯，隨著冒口徑縮比的增加，鋼錠二次縮孔變短。當(dāng)冒口徑縮比分別為85%和100%時(shí)，鋼錠二次縮孔長(zhǎng)度相差達(dá)345 mm。

2.2 冒口錐度的影響

固定徑縮比為94.9%，底沿法蘭厚度100 mm，研究不同錐度對(duì)縮孔疏松的影響。

表3、圖3的模擬結(jié)果表明，在冒口同樣重量的情況下，隨著冒口錐度由0增加到15%，冒口高度逐漸增加，但變化不大。冒口錐度對(duì)一次縮孔距錠身距離影響較小，隨著冒口錐度增加，二次縮孔逐漸變長(zhǎng)。因此，錐度越小越好。錐度越小，鋼水與冒口磚接觸比表面積減小，冒口磚吸收鋼水熱量變少，保溫效果增加。

圖2 不同冒口徑縮比完全凝固時(shí)的縮孔分布圖Figure 2 Distribution of shrinkage and porosity with different riser diameter reduction ratios when completely solidified

表2 不同冒口徑縮比模擬結(jié)果Table 2 Simulation results with different riser diameter reduction ratios

表3 不同冒口錐度模擬結(jié)果Table 3 Simulation results with different riser tapers

圖3 不同冒口錐度完全凝固時(shí)的縮孔分布圖Figure 3 Distribution of shrinkage and porosity with different riser tapers when completely solidified

表4 不同冒口底沿法蘭厚度模擬結(jié)果Table 4 Simulation results with different riser flange thicknesses along bottom

圖4 不同冒口底沿法蘭厚度的縮孔分布圖Figure 4 Distribution of shrinkage and porosity with different flange thicknesses along bottom of riser

表5 優(yōu)化保溫帽與傳統(tǒng)保溫帽模擬結(jié)果對(duì)比Table 5 Comparison of simulation results of insulation caps before and after optimization

圖5 83 t保溫帽傳統(tǒng)和優(yōu)化結(jié)構(gòu)對(duì)比圖Figure 5 Comparison of 83 t insulation cap structuresbefore and after optimization

2.3 冒口底部法蘭厚度的影響

固定徑縮比94.9%，錐度11.4%，研究不同底沿法蘭厚度對(duì)縮孔疏松的影響。

表4、圖4的模擬結(jié)果表明，冒口法蘭厚度對(duì)一次縮孔距錠身距離影響較小，隨著冒口法蘭厚度增加，二次縮孔逐漸變長(zhǎng)。因此，法蘭厚度在不變形和不熔化的情況下，越薄越好。

3 保溫帽結(jié)構(gòu)優(yōu)化及模擬

通過(guò)以上12種方案的對(duì)比模擬計(jì)算，設(shè)計(jì)出優(yōu)化的保溫帽結(jié)構(gòu)。83 t保溫帽傳統(tǒng)和優(yōu)化結(jié)構(gòu)對(duì)比圖如圖5所示。

為了節(jié)約耐火磚使用量，優(yōu)化后的保溫帽整體高度降低。由于冒口徑縮比增大，鋼錠凝固補(bǔ)縮時(shí)底沿法蘭處“卡脖”現(xiàn)象減輕，補(bǔ)縮通道將更為通暢。同時(shí)，鋼錠凝固時(shí)，上浮到鋼錠肩部的夾雜物不僅可直接進(jìn)入冒口內(nèi)，對(duì)提高錠身冒口端冶金質(zhì)量有利，而且可省去高附加值產(chǎn)品鍛造時(shí)的“削肩”工序。

表5模擬結(jié)果表明，優(yōu)化后的保溫帽凝固時(shí)間延長(zhǎng)約1 h，夾雜物上浮時(shí)間更為充分，二次縮孔較之前更為細(xì)短，說(shuō)明保溫帽結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)鋼錠內(nèi)部質(zhì)量更為有利。

4 結(jié)論

(1)冒口徑縮比對(duì)縮孔疏松影響最明顯，冒口徑縮比越大，二次縮孔越小。

(2)錐度和法蘭厚度在可研究參數(shù)范圍內(nèi)，對(duì)鋼錠縮孔疏松的影響相對(duì)較小，但也具有錐度越小、底沿法蘭厚度越薄，二次縮孔越小的規(guī)律。

(3)采用最優(yōu)參數(shù)設(shè)計(jì)的保溫帽，法蘭底沿處“卡脖”現(xiàn)象明顯減輕，補(bǔ)縮通道更為通暢，對(duì)夾雜物上浮更為有利。