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板坯高拉速控制关键技术

上世纪 80 年代以来，钢铁工业迅速发展，钢铁企业之间的竞争日趋激烈，为增强自身竞争力，生产的高效化、产品的高质量成为钢铁企业追求的目标。连铸拉速的提高能够增加钢坯产量，提高企业经济效益，成为高效连铸的主要内容。FC-Mold（Flow Control Mold）是由日本川崎钢铁公司和 ABB 公司合作开发的第三代的电磁制动装置。一个磁场放置在弯月面处，另一个磁场施加在浸入式水口下方，可同时减小弯月面处的钢液流速和结晶器下部钢液的向下流速。因此，通过使用及优化 FC-Mold 和其他工艺的改进，开发了铸坯高效生产关键技术，在保证铸坯质量前提下为增大拉速、提高生产效率及经济效益做出了重要贡献。（1）FC-Mold 高拉速情况下精炼和连铸的匹配技术。为了确保高拉速连铸生产能够顺利进行，精炼工序时间要与生产节奏匹配，同时也要保证钢水洁净度和钢水温降达到生产要求。本项目首先通过调研马口铁、耐候钢等不同拉速条件下对应的最佳精炼时间。找到拉速、精炼时间和钢水洁净度的最佳的匹配水平。进而通过相关试验将初期马口铁包晶钢系列拉坯速度从 1.3 m/min 依次提高到1.4 m/min 和 1.5 m/min。结晶器液面波动大于 3 mm 的波动比例均较小，低于0.4%，说明拉速提高后，结晶器坯壳生长的均匀性受到的影响较小，出结晶器坯壳的厚度未发生鼓肚。距内弧 2 mm 处大于 10 μm 夹杂物数密度和面积百分数均随着拉速的提高呈减小趋势；当拉速为 1.4 m/min 和 1.5 m/min，铸坯厚度四分之一处大于 3 μm 的夹杂物数密度和面积百分数均低于拉速为 1.3 m/min 时的测量值。（2）连铸浇铸参数优化匹配模型。提高拉速会带来液面波动加剧、流股对凝固前沿冲刷加剧、坯壳生长减弱等不利影响。此外 FC-Mold 上下线圈电流大小，上下磁场位置，上下电流配比等如何影响高拉速下结晶器内流场、凝固坯壳和夹杂物的运动去除未有系统的研究。因此本项目采用数值模拟的方法，建立耦合的流场、温度场、凝固以及 MHD 模型研究不同连铸参数对流场、温度场及坯壳分布影响的规律。通过模型计算得到优化后的连铸浇铸参数下水口两侧的流场流速和液面轮廓对称性显著提高，引起卷渣的低频波动能量降低约 25%，且液位波动大于3 mm 百分比从 7.78%降低到 3.45%，降低幅度约为 55.7%。（3）FC-Mold 对连铸坯洁净度及轧板缺陷控制技术。不同电磁制动参数对流场的影响效果是不一样的，最终会影响到夹杂物在铸坯内的分布，若夹杂物过多的分布在铸坯表层，那么对后续轧板的表面质量不利。本项目通过建立数学模型和现场实验研究不同参数下的 FC-Mold 对铸坯洁净度的影响，包括磁场施加与否和电磁制动电流变化对铸坯中夹杂物数量、分布、大小和成分的影响。以及通过现场跟踪调查和分析冷轧板缺陷类型、数量、分布特点等现状，统计分析夹杂类缺陷的分布规律，板卷中的夹杂物水平以及结晶器卷渣类夹杂物的数量等明确热轧板和冷轧板中的缺陷形成原因、来源以及与电磁制动的关系。

北京科技大学 2021-04-13