汽車板要求優異的深沖性能，主要是 IF 鋼，也稱超低碳鋼，在汽車工業中

得到了廣泛應用。對于 IF 鋼，要獲得成品鋼材的高延展性、高塑性應變比以及

優良的表面性能，要求鋼中 C、N、O 含量盡可能低。由于鋁具備強脫氧能力，IF

鋼生產過程采用Al 脫氧，在很短時間內鋼中溶解氧即可以降低到 1×10

-6 ~3×10 -6 ，

同時生成 Al 2 O 3 夾雜。目前 IF 鋼生產過程遇到的與夾雜物有關的問題主要包括：

（1）鋼水可澆性差，易發生浸入式水口堵塞；（2）由鑄坯內大型夾雜物引起的

冷軋薄板表面長條線狀缺陷等。其中針對可澆性問題，主要是要盡可能地減少夾

雜物的生成并促進夾雜物的去除，針對表面缺陷問題，主要是促進夾雜物在結晶

器內的上浮去除，減少夾雜物被凝固坯殼捕捉。因此，開發了汽車板中非金屬夾

雜物控制關鍵技術，為提升國內鋼鐵企業汽車板的生產效率和產品質量做出了貢

獻。

（1）RH 精煉能力提升技術。RH 真空精煉是汽車板鋼中非金屬夾雜物去除的主要

場所，RH 精煉能力的提升有利于增加夾雜物的去除效率。而 RH 循環流量的增加

是提升其精煉能力的主要手段。以往的研究主要集中于增大提升氣體流量或者增

大真空度來增加 RH 循環流量，但能夠實現的增幅有限。本項目創造性地設計了

一種圓形上升管-橢圓下降管的 RH 新型真空槽裝置，并應用于企業生產實踐。將

RH 反應器的下降管替換為橢圓形，在不必增加鋼包內徑的前提下增大了下降管

的截面積，起到增大循環流量并延長鋼包使用壽命的效果。該技術可解決 RH 精

煉效率提升的瓶頸問題，能夠大幅提升 RH 真空精煉的效率和能力。圖 1 所示的

工業試驗結果顯示了采用此技術時夾雜物最少。（2）超低碳鋼鑄坯表層凝固鉤預測和控制技術。以往對汽車板鋼澆鑄過程凝固

坯殼對夾雜物的捕獲現象研究較少，而通過研究發現澆鑄過程鋼中夾雜物和氣泡

容易被鑄坯表層凝固鉤結構所捕獲。凝固鉤是在結晶器內彎月面凝固后形成的結

構，該結構向結晶器內部延伸，很容易捕獲結晶器內上浮的氣泡和夾雜物，從而

引起鑄坯的表層缺陷。尤其是超低碳鋼凝固過程中的糊狀區較窄，更容易形成大

尺寸的凝固鉤結構，因此對超低碳鋼鑄坯表層的凝固鉤結構的控制尤為重要。本

項目通過對不同澆鑄參數下的鑄坯凝固鉤進行對比，研究了不同澆鑄參數對凝固

鉤深度的影響，并通過建立結晶器初始凝固模型，開發了超低碳鋼鑄坯表層凝固

鉤的預測和控制技術。通過該技術的實施可以實現不同澆鑄工藝條件下凝固鉤深

度和長度的預測，并采取針對性的措施對其進行控制。一方面有利于預測汽車板

鑄坯的扒皮深度，另一方面通過控制措施（較高拉速、較高澆鑄溫度和較低的結

晶器一冷水流量、采用電磁制動等）的實施有效減小凝固鉤的尺寸，如圖 2 實施，

減少其對大尺寸夾雜物和氣泡的捕獲，從而提升汽車板表面質量。（3）超低碳鋼連鑄一冷優化模型。結晶器是連鑄機的心臟，具有極高的冷卻效

率。結晶器內的鋼液流動和冷卻速率對結晶器內的凝固坯殼生產和夾雜物的運動、

去除和捕獲具有重要影響，尤其是對超低碳鋼鑄坯表層凝固鉤尺寸及其對夾雜物

和氣泡的捕獲影響顯著。本項目對超低碳鋼連鑄一冷優化模型進行了開發。首先

建立結晶器內的流動及坯殼凝固模型，綜合考慮了結晶器內鋼液的流動、鋼液及

坯殼的傳熱、坯殼與銅板間的縫隙傳熱、銅板及冷卻水的傳熱。模型首先通過

Fluent 軟件進行結晶器內的流場和溫度場模擬，然后將得到的固相線處的熱流

密度導出，作為凝固模型的參數輸入到凝固模型中進行計算。運用模型對結晶器

的傳熱進行了計算，模擬了一系列結晶器寬度、拉速及澆鑄過熱度的結果，并將

計算的結晶器水流量進行綜合統計，得到了適合現場調水的臨界水流量水表。在

模型計算過程中，模型不但考慮了鋼液流動、鋼液及坯殼的傳熱、縫隙傳熱、銅

板及冷卻水傳熱，還對冷卻水核沸等額外瞬間增大的熱阻的現象進行了警示。圖

3 所示為模型計算得到的不同拉速、結晶器寬度下的臨界水流量，能夠為超低碳

鋼澆鑄過程結晶器一冷水量優化提供指導，一冷水并不是越大越好，在保證安全

的情況下適當地降低一冷水量能夠有效減小凝固鉤尺寸和鑄坯表層夾雜物的數

量。