如何解決鋼水連鑄凝固過程產(chǎn)生的裂紋和偏析等缺陷，優(yōu)化連鑄過程冷卻水量的配置，連鑄坯質(zhì)量等一系列問題，從而達(dá)到高品質(zhì)鋼的高效連鑄生產(chǎn)？4月8日，國聯(lián)云平臺邀請到北京科技大學(xué)教授劉青來到國聯(lián)云冶金直播現(xiàn)場，為全國煉鋼及上下游行業(yè)從業(yè)者帶來“連鑄鋼凝固冷卻精益控制”的在線授課。
直播伊始，劉教授提到，鋼廠生產(chǎn)逐步走向精準(zhǔn)化、集成化、綠色化及智能化的“四化”方向，連鑄生產(chǎn)已經(jīng)不再局限于高質(zhì)量，而是逐步向高拉速、高質(zhì)量及高作業(yè)率邁進。
劉教授針對鋼水連鑄凝固過程產(chǎn)生裂紋和偏析等缺陷，探討建立基于澆注鋼種特性的熱物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫，采用數(shù)值模擬、物理模擬和工業(yè)試驗相結(jié)合的方法，開展鋼水凝固過程的多物理場耦合研究，研制二冷“縱-橫”均勻冷卻及動態(tài)控制技術(shù)，系統(tǒng)優(yōu)化連鑄過程冷卻水量的配置，從而提高連鑄坯質(zhì)量，實現(xiàn)高品質(zhì)鋼的高效連鑄生產(chǎn)。
我們都知道，是否采用與連鑄工藝條件相近的材料（鋼）物性參數(shù), 特別是高溫下鋼的熱物性參數(shù)，是影響連鑄凝固過程數(shù)值模擬精度的一個重要因素。因此，有必要針對鋼在連鑄過程中的熱物理性能進行研究，實現(xiàn)熱物性參數(shù)的精準(zhǔn)化，為連鑄凝固冷卻精益控制奠定物性特征的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
劉教授通過一種新型液相線計算模型對鋼的精準(zhǔn)熱物性參數(shù)進行研究，即高溫?zé)崴苄詳?shù)據(jù)庫及其預(yù)測模型：采用微分法對Fe-i（i=C、Si、Mn、S、P、Ca、Cu、Nb、Ni、Mo）二元相圖進行分析，研究了多種常見合金元素對純鐵熔點值的影響，提出了目標(biāo)鋼種的液相線溫度計算公式。
結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流動、凝固及傳熱過程復(fù)雜并難以直接測量。因此，通過建立多物理場耦合數(shù)學(xué)模型研究鋼液凝固過程對高品質(zhì)鋼連鑄具有重要意義。接著，劉教授對CSP結(jié)晶器、方 坯結(jié)晶器及圓坯結(jié)晶器鋼液行為多場耦合進行了詳細(xì)的數(shù)據(jù)及過程分析。
在連鑄二次冷卻控制中，冷卻強度不均勻、冷卻強度過弱、冷卻強度過大均會誘發(fā)并產(chǎn)生各種缺陷。因此，迫切需要精益控制連鑄坯二次冷卻過程，為提高連鑄坯質(zhì)量奠定堅實基礎(chǔ)。對于方坯生產(chǎn)，劉教授提出了二冷水部分覆蓋鑄坯表面方法，采用二冷水90%覆蓋鑄坯表面方案，配水優(yōu)化后明顯地提高了鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量，基本消除角部裂紋。同時，需要調(diào)整二冷水橫向分布、噴嘴噴淋距離及動態(tài)控制等。
在實際連鑄生產(chǎn)過程中，結(jié)晶器內(nèi)氣隙的形成、及二冷區(qū)水量的非均勻分配會導(dǎo)致鑄坯的“縱-橫”非均勻凝固冷卻，這一現(xiàn)象與裂紋、偏析等典型鑄坯質(zhì)量缺陷的產(chǎn)生密切相關(guān)。所以，研究非均勻冷卻條件下連鑄坯的凝固組織演變規(guī)律，探索實際連鑄過程的凝固結(jié)構(gòu)控制策略，對生產(chǎn)高質(zhì)量連鑄坯具有極強的現(xiàn)實意義。
運用鑄造模擬軟件PROCASRT，通過宏/微觀耦合，采用元胞自動機-有限元法(CA-FE)對目標(biāo)鋼種連鑄還凝固組織進行模擬。在模擬中釆用兩套網(wǎng)格，即宏觀單元網(wǎng)格+微觀元胞網(wǎng)格，其中宏觀單元網(wǎng)格是用于溫度場的計算，微觀元胞網(wǎng)格用于形核及枝晶生長模型的計算?？赏ㄟ^宏觀組織、顯微組織及大方坯凝固冷卻工藝調(diào)控進行連鑄坯凝固組織控制。
最后，是本次直播的重頭戲——連鑄坯裂紋和偏析控制。劉教授講解了三角區(qū)裂紋、釩微合金化鋼裂紋控制、內(nèi)裂紋敏感性預(yù)測模型、二冷優(yōu)化控制、末端電磁攪拌、結(jié)晶器電磁攪拌、結(jié)晶器+末端電磁攪拌、熱輕壓下技術(shù)的應(yīng)用、系統(tǒng)配水優(yōu)化等方面，使得現(xiàn)場觀眾收獲頗豐，對實際生產(chǎn)中遇到的問題有所啟發(fā)。
在國聯(lián)云冶金直播中，劉教授從鋼的精準(zhǔn)熱物性參數(shù)、結(jié)晶器鋼液行為多場耦合、連鑄二次冷卻控制、連鑄坯凝固組織控制、連鑄坯裂紋和偏析控制等幾方面對連鑄生產(chǎn)過程及問題進行了一個全面的講解。在聊天區(qū)，觀眾代表紛紛獻(xiàn)上熱情的鮮花的笑臉，同時針對自己企業(yè)在實際生產(chǎn)中遇到的問題向劉教授請教。
?唐山首唐寶生帶鋼有限公司鄭**——老師好！請問連鑄高碳鋼，如50MN,65Mn，時常漏鋼，并且有嚴(yán)重中間裂紋，該如何優(yōu)化二冷工藝？謝謝
?敬業(yè)集團第一煉鋼事業(yè)部李**——劉教授您好，請問鑄坯橫裂紋的控制措施？謝謝
?山東泰山鋼鐵有限公司劉**——劉教授您好，請問如何提高板坯等軸晶率？謝謝
?衡陽華菱鋼管有限公司劉**——劉教授您好，請問如何提高圓坯的等軸晶率以及如何減少特大圓坯的中心疏松比率？謝謝
?蕪湖新興鑄管有限責(zé)任公司工程師黃**——劉教授您好，請問4區(qū)強冷工藝對多大的斷面有用？謝謝
?河北敬業(yè)集團優(yōu)線優(yōu)棒研究室主任白**——劉教授您好，請問劉老師:彈簧鋼55SiCr,Si含量高存在氧化放熱,同時兼顧冷卻相變,165方坯應(yīng)采用冷卻方式?謝謝
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國聯(lián)云行業(yè)直播COO崔麗麗在直播最后表示，行業(yè)復(fù)蘇進行時，國聯(lián)云冶金直播要走的路還很長，為鋼鐵全產(chǎn)業(yè)鏈賦能的初心將始終鞭策著我們披荊斬棘，砥礪前行。也希望與行業(yè)代表攜手共進，共譜冶金發(fā)展新篇章。
通過國聯(lián)云直播后臺數(shù)據(jù)統(tǒng)計，本次冶金直播累計1.1萬人次觀看，其中鋼鐵大省河北觀眾代表約占三分之一。更多精彩內(nèi)容請關(guān)注“冶金工業(yè)”公眾號，“國聯(lián)云”公眾號及小程序。
