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連鑄坯質量控制和提升技術

隨著鋼鐵行業(yè)的高速發(fā)展，國內外鋼鐵產量已經達到了飽和狀態(tài)，提升鋼產品的質量成了鋼鐵行業(yè)發(fā)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(xù)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(yè)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(xiàn)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(guī)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(shù)，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(yōu)。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(xiàn)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(qū)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(shù)，研究不同工藝參數(shù)對結晶器內流場的影響規(guī)律，得到液面波動和表面流速量化結果，為工藝參數(shù)優(yōu)化提供科學依據(jù)。2)結晶器卷渣和夾雜物去除的研究：改變水口結構參數(shù)（不同水口類型、水口側孔數(shù)、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(shù)（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(shù)。所以本部分內容通過水力學模擬和數(shù)值模擬相結合的方式研究不同水口結構參數(shù)和工藝參數(shù)對流場的影響，進而優(yōu)化水口結構和澆鑄工藝參數(shù)。（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(fā)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(yōu)化改善新方法，對連鑄宏觀凝固結構進行優(yōu)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(jù)。（6）連鑄坯凝固組織研究：從現(xiàn)場采集相關所需數(shù)據(jù)，運用商業(yè)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(qū)、等軸晶區(qū)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(yōu)化成分、連鑄工藝參數(shù)以獲得較好的鑄坯凝固組織，為現(xiàn)場生產提供理論依據(jù)。（7）連鑄坯宏觀偏析研究：根據(jù)連鑄工藝參數(shù)，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(qū)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(qū)間、壓下量、壓下模式對連鑄坯中心偏析的影響規(guī)律，優(yōu)化結晶器與凝固末端電磁攪拌參數(shù)、機械壓下參數(shù)，為連鑄工業(yè)生產提供理論指導。（8）鑄坯質量智能設計和判定:1）現(xiàn)場連鑄數(shù)據(jù)采集及熱塑性曲線測試:現(xiàn)場調研連鑄工藝，記錄現(xiàn)場工藝參數(shù)。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(xiàn)場連鑄數(shù)據(jù)采集及熱塑性曲線測試:現(xiàn)場調研連鑄工藝，記錄現(xiàn)場工藝參數(shù)。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(tài)優(yōu)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(shù)值計算，建立鋼水初始條件、連鑄工藝參數(shù)與鑄坯質量的數(shù)據(jù)庫，指導現(xiàn)場生產。

北京科技大學 2021-04-13

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