连铸坯质量控制和提升技术

随着钢铁行业的高速发展，国内外钢铁产量已经达到了饱和状态，提升钢产

品的质量成了钢铁行业发展的重要目标。连铸坯的生产是钢材生产的关键，其连

铸坯的质量对后续产品的生产及最终产品质量有重要影响，热轧板带表面缺陷大

部分是连铸坯表面缺陷遗传而来。高质量铸坯的生产成了连铸生产企业和连铸工

作者的主要目标。高温钢液在连铸过程中凝固成型，连铸坯的偏析、裂纹、疏松、

夹杂物等质量问题基本上都产生于或源自连铸凝固过程。要实现高质量铸坯的连

铸生产，必须减少甚至消除这些质量缺陷。

（1）连铸坯凝固缺陷研究：针对连铸坯偏析、疏松、缩孔、裂纹开展相关

调研，探究凝固缺陷产生机理，分析连铸工艺对连铸坯缺陷的影响规律。通过调

整结晶器一冷强度、二次冷强度、电磁搅拌、机械压下等技术参数，改善连铸坯

凝固缺陷。（2）中间包研究：模拟中间包内钢液流动过程，分析钢液流动的合理性；

主要研究中间包内控流装置位置分布、高度设置、不同装置间的配合使用是否达

到最优。具体工作：模拟中间包内钢液流动传热行为，分析钢液温度的变化情况；

模拟钢液液面的波动，分析和了解渣-钢界面间的相互作用；模拟中间包内钢水

的传质现象，分析钢水在中间包内的停留时间，中间包内的活塞流、全混流以及

死区等等。模拟中间包内底吹气体的作用过程，分析和了解吹气对钢液流动特性

的影响。

（3）结晶器研究：1)结晶器内流场：确定结晶器类型，改变水口类型，水口浸入深度，拉速，结晶器锥度等工艺参数，研究不同工艺参数对结晶器内流场

的影响规律，得到液面波动和表面流速量化结果，为工艺参数优化提供科学依据。

2)结晶器卷渣和夹杂物去除的研究：改变水口结构参数（不同水口类型、水口侧

孔数、水口倾角、水口底部结构和水口浸入深度等）以及浇铸工艺参数（拉速，

浇铸断面，电磁等）会对结晶器内的流场产生影响，进而影响结晶器冷却制度、

液面波动、水口开口度等参数。所以本部分内容通过水力学模拟和数值模拟相结

合的方式研究不同水口结构参数和工艺参数对流场的影响，进而优化水口结构和

浇铸工艺参数。（4）连铸一冷研究：对结晶器传热过程进行机理分析，并将结晶器铜板和

凝固壳之间的保护渣的润滑和摩擦模型、传热模型相结合，开发出结晶器一冷传

热计算软件。针对不同铸坯尺寸、拉速的操作条件下，为结晶器一冷提供合理的

配水量水表。（5）连铸二冷研究：细化连铸传热边界条件，建立全面的连铸凝固传热模

型，研究连铸坯宏观凝固凝固结构与铸坯质量的关系，提出相应的优化改善新方

法，对连铸宏观凝固结构进行优化改善，从而提高连铸坯质量，提高连铸生产率。

模拟研究连铸微观凝固结构，并讨论微观凝固结构与夹杂、裂纹之间的关系。为

提高连铸坯质量提供理论依据。（6）连铸坯凝固组织研究：从现场采集相关所需数据，运用商业软件 Procast

先对连铸过程温度场进行计算，以计算所得的温度场为基础，计算铸坯的凝固组

织形貌，如柱状晶区、等轴晶区以及两者分别所占比例、晶粒尺寸等，并分析一

次枝晶间距、二次枝晶间距。分析元素成分、连铸工艺条件如拉速、过热度、二

冷强度等对上述研究对象的影响情况，优化成分、连铸工艺参数以获得较好的铸

坯凝固组织，为现场生产提供理论依据。

（7）连铸坯宏观偏析研究：根据连铸工艺参数，基于体积平均方法，建立

连铸多相多尺度凝固凝固模型，研究热溶质浮力、晶粒沉淀、体积收缩作用下连

铸坯凝固两相区液相流动与溶质传输行为。耦合电磁搅拌、机械压下模型，分析

电磁搅拌强度、搅拌位置、机械压下区间、压下量、压下模式对连铸坯中心偏析

的影响规律，优化结晶器与凝固末端电磁搅拌参数、机械压下参数，为连铸工业

生产提供理论指导。（8）铸坯质量智能设计和判定:1）现场连铸数据采集及热塑性曲线测试:现

场调研连铸工艺，记录现场工艺参数。采集不同钢种偏析、疏松、缩孔等质量要

求，测试不同钢种的热塑性曲线。2）现场连铸数据采集及热塑性曲线测试:现场

调研连铸工艺，记录现场工艺参数。采集不同钢种偏析、疏松、缩孔等质量要求，

测试不同钢种的热塑性曲线。3）连铸智能判定和设计模型：建立连铸一冷、二

冷动态优化模型，利用该模型对铸坯固相率、角部温度、铸坯偏析、中心疏松缩

孔、冶金长度等进行预测，通过大量数值计算，建立钢水初始条件、连铸工艺参

数与铸坯质量的数据库，指导现场生产。