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板坯高拉速控制關鍵技術

上世紀 80 年代以來，鋼鐵工業迅速發展，鋼鐵企業之間的競爭日趨激烈，為增強自身競爭力，生產的高效化、產品的高質量成為鋼鐵企業追求的目標。連鑄拉速的提高能夠增加鋼坯產量，提高企業經濟效益，成為高效連鑄的主要內容。FC-Mold（Flow Control Mold）是由日本川崎鋼鐵公司和 ABB 公司合作開發的第三代的電磁制動裝置。一個磁場放置在彎月面處，另一個磁場施加在浸入式水口下方，可同時減小彎月面處的鋼液流速和結晶器下部鋼液的向下流速。因此，通過使用及優化 FC-Mold 和其他工藝的改進，開發了鑄坯高效生產關鍵技術，在保證鑄坯質量前提下為增大拉速、提高生產效率及經濟效益做出了重要貢獻。（1）FC-Mold 高拉速情況下精煉和連鑄的匹配技術。為了確保高拉速連鑄生產能夠順利進行，精煉工序時間要與生產節奏匹配，同時也要保證鋼水潔凈度和鋼水溫降達到生產要求。本項目首先通過調研馬口鐵、耐候鋼等不同拉速條件下對應的最佳精煉時間。找到拉速、精煉時間和鋼水潔凈度的最佳的匹配水平。進而通過相關試驗將初期馬口鐵包晶鋼系列拉坯速度從 1.3 m/min 依次提高到1.4 m/min 和 1.5 m/min。結晶器液面波動大于 3 mm 的波動比例均較小，低于0.4%，說明拉速提高后，結晶器坯殼生長的均勻性受到的影響較小，出結晶器坯殼的厚度未發生鼓肚。距內弧 2 mm 處大于 10 μm 夾雜物數密度和面積百分數均隨著拉速的提高呈減小趨勢；當拉速為 1.4 m/min 和 1.5 m/min，鑄坯厚度四分之一處大于 3 μm 的夾雜物數密度和面積百分數均低于拉速為 1.3 m/min 時的測量值。（2）連鑄澆鑄參數優化匹配模型。提高拉速會帶來液面波動加劇、流股對凝固前沿沖刷加劇、坯殼生長減弱等不利影響。此外 FC-Mold 上下線圈電流大小，上下磁場位置，上下電流配比等如何影響高拉速下結晶器內流場、凝固坯殼和夾雜物的運動去除未有系統的研究。因此本項目采用數值模擬的方法，建立耦合的流場、溫度場、凝固以及 MHD 模型研究不同連鑄參數對流場、溫度場及坯殼分布影響的規律。通過模型計算得到優化后的連鑄澆鑄參數下水口兩側的流場流速和液面輪廓對稱性顯著提高，引起卷渣的低頻波動能量降低約 25%，且液位波動大于3 mm 百分比從 7.78%降低到 3.45%，降低幅度約為 55.7%。（3）FC-Mold 對連鑄坯潔凈度及軋板缺陷控制技術。不同電磁制動參數對流場的影響效果是不一樣的，最終會影響到夾雜物在鑄坯內的分布，若夾雜物過多的分布在鑄坯表層，那么對后續軋板的表面質量不利。本項目通過建立數學模型和現場實驗研究不同參數下的 FC-Mold 對鑄坯潔凈度的影響，包括磁場施加與否和電磁制動電流變化對鑄坯中夾雜物數量、分布、大小和成分的影響。以及通過現場跟蹤調查和分析冷軋板缺陷類型、數量、分布特點等現狀，統計分析夾雜類缺陷的分布規律，板卷中的夾雜物水平以及結晶器卷渣類夾雜物的數量等明確熱軋板和冷軋板中的缺陷形成原因、來源以及與電磁制動的關系。

北京科技大學 2021-04-13

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