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連鑄坯質(zhì)量控制和提升技術(shù)

隨著鋼鐵行業(yè)的高速發(fā)展，國內(nèi)外鋼鐵產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了飽和狀態(tài)，提升鋼產(chǎn)品的質(zhì)量成了鋼鐵行業(yè)發(fā)展的重要目標(biāo)。連鑄坯的生產(chǎn)是鋼材生產(chǎn)的關(guān)鍵，其連鑄坯的質(zhì)量對(duì)后續(xù)產(chǎn)品的生產(chǎn)及最終產(chǎn)品質(zhì)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(zhì)量鑄坯的生產(chǎn)成了連鑄生產(chǎn)企業(yè)和連鑄工作者的主要目標(biāo)。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(zhì)量問題基本上都產(chǎn)生于或源自連鑄凝固過程。要實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量鑄坯的連鑄生產(chǎn)，必須減少甚至消除這些質(zhì)量缺陷。（1）連鑄坯凝固缺陷研究：針對(duì)連鑄坯偏析、疏松、縮孔、裂紋開展相關(guān)調(diào)研，探究凝固缺陷產(chǎn)生機(jī)理，分析連鑄工藝對(duì)連鑄坯缺陷的影響規(guī)律。通過調(diào)整結(jié)晶器一冷強(qiáng)度、二次冷強(qiáng)度、電磁攪拌、機(jī)械壓下等技術(shù)參數(shù)，改善連鑄坯凝固缺陷。（2）中間包研究：模擬中間包內(nèi)鋼液流動(dòng)過程，分析鋼液流動(dòng)的合理性；主要研究中間包內(nèi)控流裝置位置分布、高度設(shè)置、不同裝置間的配合使用是否達(dá)到最優(yōu)。具體工作：模擬中間包內(nèi)鋼液流動(dòng)傳熱行為，分析鋼液溫度的變化情況；模擬鋼液液面的波動(dòng)，分析和了解渣-鋼界面間的相互作用；模擬中間包內(nèi)鋼水的傳質(zhì)現(xiàn)象，分析鋼水在中間包內(nèi)的停留時(shí)間，中間包內(nèi)的活塞流、全混流以及死區(qū)等等。模擬中間包內(nèi)底吹氣體的作用過程，分析和了解吹氣對(duì)鋼液流動(dòng)特性的影響。（3）結(jié)晶器研究：1)結(jié)晶器內(nèi)流場(chǎng)：確定結(jié)晶器類型，改變水口類型，水口浸入深度，拉速，結(jié)晶器錐度等工藝參數(shù)，研究不同工藝參數(shù)對(duì)結(jié)晶器內(nèi)流場(chǎng)的影響規(guī)律，得到液面波動(dòng)和表面流速量化結(jié)果，為工藝參數(shù)優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。2)結(jié)晶器卷渣和夾雜物去除的研究：改變水口結(jié)構(gòu)參數(shù)（不同水口類型、水口側(cè)孔數(shù)、水口傾角、水口底部結(jié)構(gòu)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(huì)對(duì)結(jié)晶器內(nèi)的流場(chǎng)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響結(jié)晶器冷卻制度、液面波動(dòng)、水口開口度等參數(shù)。所以本部分內(nèi)容通過水力學(xué)模擬和數(shù)值模擬相結(jié)合的方式研究不同水口結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝參數(shù)對(duì)流場(chǎng)的影響，進(jìn)而優(yōu)化水口結(jié)構(gòu)和澆鑄工藝參數(shù)。（4）連鑄一冷研究：對(duì)結(jié)晶器傳熱過程進(jìn)行機(jī)理分析，并將結(jié)晶器銅板和凝固殼之間的保護(hù)渣的潤(rùn)滑和摩擦模型、傳熱模型相結(jié)合，開發(fā)出結(jié)晶器一冷傳熱計(jì)算軟件。針對(duì)不同鑄坯尺寸、拉速的操作條件下，為結(jié)晶器一冷提供合理的配水量水表。（5）連鑄二冷研究：細(xì)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(jié)構(gòu)與鑄坯質(zhì)量的關(guān)系，提出相應(yīng)的優(yōu)化改善新方法，對(duì)連鑄宏觀凝固結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改善，從而提高連鑄坯質(zhì)量，提高連鑄生產(chǎn)率。模擬研究連鑄微觀凝固結(jié)構(gòu)，并討論微觀凝固結(jié)構(gòu)與夾雜、裂紋之間的關(guān)系。為提高連鑄坯質(zhì)量提供理論依據(jù)。（6）連鑄坯凝固組織研究：從現(xiàn)場(chǎng)采集相關(guān)所需數(shù)據(jù)，運(yùn)用商業(yè)軟件 Procast先對(duì)連鑄過程溫度場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算，以計(jì)算所得的溫度場(chǎng)為基礎(chǔ)，計(jì)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(qiáng)度等對(duì)上述研究對(duì)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(chǎng)生產(chǎn)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(zhì)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(dòng)與溶質(zhì)傳輸行為。耦合電磁攪拌、機(jī)械壓下模型，分析電磁攪拌強(qiáng)度、攪拌位置、機(jī)械壓下區(qū)間、壓下量、壓下模式對(duì)連鑄坯中心偏析的影響規(guī)律，優(yōu)化結(jié)晶器與凝固末端電磁攪拌參數(shù)、機(jī)械壓下參數(shù)，為連鑄工業(yè)生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)。（8）鑄坯質(zhì)量智能設(shè)計(jì)和判定:1）現(xiàn)場(chǎng)連鑄數(shù)據(jù)采集及熱塑性曲線測(cè)試:現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研連鑄工藝，記錄現(xiàn)場(chǎng)工藝參數(shù)。采集不同鋼種偏析、疏松、縮孔等質(zhì)量要求，測(cè)試不同鋼種的熱塑性曲線。2）現(xiàn)場(chǎng)連鑄數(shù)據(jù)采集及熱塑性曲線測(cè)試:現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研連鑄工藝，記錄現(xiàn)場(chǎng)工藝參數(shù)。采集不同鋼種偏析、疏松、縮孔等質(zhì)量要求，測(cè)試不同鋼種的熱塑性曲線。3）連鑄智能判定和設(shè)計(jì)模型：建立連鑄一冷、二冷動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型，利用該模型對(duì)鑄坯固相率、角部溫度、鑄坯偏析、中心疏松縮孔、冶金長(zhǎng)度等進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過大量數(shù)值計(jì)算，建立鋼水初始條件、連鑄工藝參數(shù)與鑄坯質(zhì)量的數(shù)據(jù)庫，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。

北京科技大學(xué) 2021-04-13

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