如何解決鋼水連鑄凝固過(guò)程產(chǎn)生的裂紋和偏析等缺陷，優(yōu)化連鑄過(guò)程冷卻水量的配置，連鑄坯質(zhì)量等一系列問(wèn)題，從而達(dá)到高品質(zhì)鋼的高效連鑄生產(chǎn)？4月8日，國(guó)聯(lián)云平臺(tái)邀請(qǐng)到北京科技大學(xué)教授劉青來(lái)到國(guó)聯(lián)云冶金直播現(xiàn)場(chǎng)，為全國(guó)煉鋼及上下游行業(yè)從業(yè)者帶來(lái)“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(jìn)。
劉教授針對(duì)鋼水連鑄凝固過(guò)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(kù)，采用數(shù)值模擬、物理模擬和工業(yè)試驗(yàn)相結(jié)合的方法，開(kāi)展鋼水凝固過(guò)程的多物理場(chǎng)耦合研究，研制二冷“縱-橫”均勻冷卻及動(dòng)態(tài)控制技術(shù)，系統(tǒng)優(yōu)化連鑄過(guò)程冷卻水量的配置，從而提高連鑄坯質(zhì)量，實(shí)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(guò)程數(shù)值模擬精度的一個(gè)重要因素。因此，有必要針對(duì)鋼在連鑄過(guò)程中的熱物理性能進(jìn)行研究，實(shí)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(guò)一種新型液相線計(jì)算模型對(duì)鋼的精準(zhǔn)熱物性參數(shù)進(jìn)行研究，即高溫?zé)崴苄詳?shù)據(jù)庫(kù)及其預(yù)測(cè)模型：采用微分法對(duì)Fe-i（i=C、Si、Mn、S、P、Ca、Cu、Nb、Ni、Mo）二元相圖進(jìn)行分析，研究了多種常見(jiàn)合金元素對(duì)純鐵熔點(diǎn)值的影響，提出了目標(biāo)鋼種的液相線溫度計(jì)算公式。
結(jié)晶器內(nèi)鋼液的流動(dòng)、凝固及傳熱過(guò)程復(fù)雜并難以直接測(cè)量。因此，通過(guò)建立多物理場(chǎng)耦合數(shù)學(xué)模型研究鋼液凝固過(guò)程對(duì)高品質(zhì)鋼連鑄具有重要意義。接著，劉教授對(duì)CSP結(jié)晶器、方 坯結(jié)晶器及圓坯結(jié)晶器鋼液行為多場(chǎng)耦合進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)據(jù)及過(guò)程分析。
在連鑄二次冷卻控制中，冷卻強(qiáng)度不均勻、冷卻強(qiáng)度過(guò)弱、冷卻強(qiáng)度過(guò)大均會(huì)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(guò)程，為提高連鑄坯質(zhì)量奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。對(duì)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(shí)，需要調(diào)整二冷水橫向分布、噴嘴噴淋距離及動(dòng)態(tài)控制等。
在實(shí)際連鑄生產(chǎn)過(guò)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(huì)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(shí)際連鑄過(guò)程的凝固結(jié)構(gòu)控制策略，對(duì)生產(chǎn)高質(zhì)量連鑄坯具有極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。
運(yùn)用鑄造模擬軟件PROCASRT，通過(guò)宏/微觀耦合，采用元胞自動(dòng)機(jī)-有限元法(CA-FE)對(duì)目標(biāo)鋼種連鑄還凝固組織進(jìn)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(chǎng)的計(jì)算，微觀元胞網(wǎng)格用于形核及枝晶生長(zhǎng)模型的計(jì)算�？赏ㄟ^(guò)宏觀組織、顯微組織及大方坯凝固冷卻工藝調(diào)控進(jìn)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(cè)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(chǎng)觀眾收獲頗豐，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題有所啟發(fā)。
在國(guó)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(chǎng)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(duì)連鑄生產(chǎn)過(guò)程及問(wèn)題進(jìn)行了一個(gè)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(shí)針對(duì)自己企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)中遇到的問(wèn)題向劉教授請(qǐng)教。
▷唐山首唐寶生帶鋼有限公司鄭**——老師好！請(qǐng)問(wèn)連鑄高碳鋼，如50MN,65Mn，時(shí)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(tuán)第一煉鋼事業(yè)部李**——劉教授您好，請(qǐng)問(wèn)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(qǐng)問(wèn)如何提高板坯等軸晶率？謝謝
▷衡陽(yáng)華菱鋼管有限公司劉**——劉教授您好，請(qǐng)問(wèn)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(qǐng)問(wèn)4區(qū)強(qiáng)冷工藝對(duì)多大的斷面有用？謝謝
▷河北敬業(yè)集團(tuán)優(yōu)線優(yōu)棒研究室主任白**——劉教授您好，請(qǐng)問(wèn)劉老師:彈簧鋼55SiCr,Si含量高存在氧化放熱,同時(shí)兼顧冷卻相變,165方坯應(yīng)采用冷卻方式?謝謝
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國(guó)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(jìn)行時(shí)，國(guó)聯(lián)云冶金直播要走的路還很長(zhǎng)，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(jìn)，共譜冶金發(fā)展新篇章。
通過(guò)國(guó)聯(lián)云直播后臺(tái)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，本次冶金直播累計(jì)1.1萬(wàn)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(qǐng)關(guān)注“冶金工業(yè)”公眾號(hào)，“國(guó)聯(lián)云”公眾號(hào)及小程序。
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