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中厚板坯连铸凝固冷却精细控制技术

针对中厚板坯连铸生产中铸坯裂纹及中心偏析等钢厂遇到的共性问题，通过开展基础研究与工艺研究，形成了较为系统的板坯连铸精细凝固冷却控制技术。该成果经河北省科技成果鉴定（冀科成转鉴字 [2012] 第9-189号），本技术具有完全的自主知识产权，达到国际先进水平。该技术主要内容如下。1.基础研究（1）热物性参数研究与通用中厚板坯连铸凝固冷却控制模拟软件归纳、总结钢的热物性参数计算方法，建立热物性参数数据库，包含多组经过实验验证的不同钢种的高温热塑性、液/固相线温度、导热系数等热物性参数数据。建立针对钢种特点的"定制"凝固传热模型，研发浇铸断面、冷却段长度等铸机参数可自主设置的通用中厚板坯连铸凝固冷却控制软件。（2）板坯连铸三维热-力耦合模型建立综合传热学及材料力学，分析连铸坯在凝固传热过程中温度及其所受应力的变化，结合钢种高温热力学性能，从本质上研究铸坯裂纹产生机理。运用Ansys有限元软件建立了含Nb钢板坯连铸三维热-力耦合模型，综合研究连铸坯凝固过程，系统分析二冷优化效果。2.工艺研究（1）连铸坯"纵横"均匀冷却技术研究综合铸坯凝固过程温度-应力-应变，回归、确定出合理二冷水量分布，实现铸坯纵向均匀冷却。通过二冷喷嘴冷态性能测试，优化喷嘴布置高度及方式，实现铸坯横向均匀冷却。（2）连铸二冷控制方法研究在剖析了国内外典型二冷控制方法，如：综合参数控制法、有效拉速法、目标表面温度动态控制法等基础上，提出"基于有效拉速和有效过热度的连铸二冷控制模型"。应用本模型的方法进行二冷动态控制，解决了拉速、过热度等工艺参数在工况不稳定情况下对铸坯质量产生的不利影响，有效降低了非稳态浇铸时板坯的温度波动。本技术形成的优化方案应用于实际生产后，含Nb钢板坯角部横裂基本消失，铸坯中心等轴晶区域宽度由35mm扩大至44mm，中心等轴晶比率提高了4.1%，铸坯的中心偏析从B类1.0改善为C类1.5，含铌钢成品率提高1%。通过该技术的研究与应用，解决了制约企业产品升级的制约环节，为邯钢的产品结构调整和升级发挥了重要作用，品种钢比例得到较大提高，为邯钢增创了显著的经济效益。

北京科技大学 2021-04-13