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連鑄坯質量控制和提升技術

隨著鋼鐵行業的高速發展，國內外鋼鐵產量已經達到了飽和狀態，提升鋼產品的質量成了鋼鐵行業發展的重要目標。連鑄坯的生產是鋼材生產的關鍵，其連鑄坯的質量對后續產品的生產及最終產品質量有重要影響，熱軋板帶表面缺陷大部分是連鑄坯表面缺陷遺傳而來。高質量鑄坯的生產成了連鑄生產企業和連鑄工作者的主要目標。高溫鋼液在連鑄過程中凝固成型，連鑄坯的偏析、裂紋、疏松、夾雜物等質量問題基本上都產生于或源自連鑄凝固過程。要實現高質量鑄坯的連鑄生產，必須減少甚至消除這些質量缺陷。（1）連鑄坯凝固缺陷研究：針對連鑄坯偏析、疏松、縮孔、裂紋開展相關調研，探究凝固缺陷產生機理，分析連鑄工藝對連鑄坯缺陷的影響規律。通過調整結晶器一冷強度、二次冷強度、電磁攪拌、機械壓下等技術參數，改善連鑄坯凝固缺陷。（2）中間包研究：模擬中間包內鋼液流動過程，分析鋼液流動的合理性；主要研究中間包內控流裝置位置分布、高度設置、不同裝置間的配合使用是否達到最優。具體工作：模擬中間包內鋼液流動傳熱行為，分析鋼液溫度的變化情況；模擬鋼液液面的波動，分析和了解渣-鋼界面間的相互作用；模擬中間包內鋼水的傳質現象，分析鋼水在中間包內的停留時間，中間包內的活塞流、全混流以及死區等等。模擬中間包內底吹氣體的作用過程，分析和了解吹氣對鋼液流動特性的影響。（3）結晶器研究：1)結晶器內流場：確定結晶器類型，改變水口類型，水口浸入深度，拉速，結晶器錐度等工藝參數，研究不同工藝參數對結晶器內流場的影響規律，得到液面波動和表面流速量化結果，為工藝參數優化提供科學依據。2)結晶器卷渣和夾雜物去除的研究：改變水口結構參數（不同水口類型、水口側孔數、水口傾角、水口底部結構和水口浸入深度等）以及澆鑄工藝參數（拉速，澆鑄斷面，電磁等）會對結晶器內的流場產生影響，進而影響結晶器冷卻制度、液面波動、水口開口度等參數。所以本部分內容通過水力學模擬和數值模擬相結合的方式研究不同水口結構參數和工藝參數對流場的影響，進而優化水口結構和澆鑄工藝參數。（4）連鑄一冷研究：對結晶器傳熱過程進行機理分析，并將結晶器銅板和凝固殼之間的保護渣的潤滑和摩擦模型、傳熱模型相結合，開發出結晶器一冷傳熱計算軟件。針對不同鑄坯尺寸、拉速的操作條件下，為結晶器一冷提供合理的配水量水表。（5）連鑄二冷研究：細化連鑄傳熱邊界條件，建立全面的連鑄凝固傳熱模型，研究連鑄坯宏觀凝固凝固結構與鑄坯質量的關系，提出相應的優化改善新方法，對連鑄宏觀凝固結構進行優化改善，從而提高連鑄坯質量，提高連鑄生產率。模擬研究連鑄微觀凝固結構，并討論微觀凝固結構與夾雜、裂紋之間的關系。為提高連鑄坯質量提供理論依據。（6）連鑄坯凝固組織研究：從現場采集相關所需數據，運用商業軟件 Procast先對連鑄過程溫度場進行計算，以計算所得的溫度場為基礎，計算鑄坯的凝固組織形貌，如柱狀晶區、等軸晶區以及兩者分別所占比例、晶粒尺寸等，并分析一次枝晶間距、二次枝晶間距。分析元素成分、連鑄工藝條件如拉速、過熱度、二冷強度等對上述研究對象的影響情況，優化成分、連鑄工藝參數以獲得較好的鑄坯凝固組織，為現場生產提供理論依據。（7）連鑄坯宏觀偏析研究：根據連鑄工藝參數，基于體積平均方法，建立連鑄多相多尺度凝固凝固模型，研究熱溶質浮力、晶粒沉淀、體積收縮作用下連鑄坯凝固兩相區液相流動與溶質傳輸行為。耦合電磁攪拌、機械壓下模型，分析電磁攪拌強度、攪拌位置、機械壓下區間、壓下量、壓下模式對連鑄坯中心偏析的影響規律，優化結晶器與凝固末端電磁攪拌參數、機械壓下參數，為連鑄工業生產提供理論指導。（8）鑄坯質量智能設計和判定:1）現場連鑄數據采集及熱塑性曲線測試:現場調研連鑄工藝，記錄現場工藝參數。采集不同鋼種偏析、疏松、縮孔等質量要求，測試不同鋼種的熱塑性曲線。2）現場連鑄數據采集及熱塑性曲線測試:現場調研連鑄工藝，記錄現場工藝參數。采集不同鋼種偏析、疏松、縮孔等質量要求，測試不同鋼種的熱塑性曲線。3）連鑄智能判定和設計模型：建立連鑄一冷、二冷動態優化模型，利用該模型對鑄坯固相率、角部溫度、鑄坯偏析、中心疏松縮孔、冶金長度等進行預測，通過大量數值計算，建立鋼水初始條件、連鑄工藝參數與鑄坯質量的數據庫，指導現場生產。

北京科技大學 2021-04-13

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