2025年, 第44卷, 第5期　刊出日期：2025-10-20

  

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综合论述
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  连铸水口结瘤数学模型研究综述

  华承健, 王敏, 李怡宏, 曹易德, 包燕平

  连铸. 2025, 44(5): 1-17.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20250104

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  连铸水口结瘤问题广泛存在于低碳钢、不锈钢、稀土钢等钢种。连铸水口结瘤过程数值模拟可以揭示结瘤物形成过程，还可以定量分析各因素对水口结瘤形成的影响，研究结果对控制和减轻水口结瘤提供了理论指导，但现阶段的连铸水口结瘤模拟是离线式计算。连铸水口结瘤数值模拟还能预测剥落结瘤物发生的位置、剥落结瘤物的尺寸和剥落结瘤物在铸坯内的分布和遗传。现阶段，相关学者围绕连铸水口结瘤的4个主要形成机制，开发了相应的数学模型，研究结果也得到了实验室和工业实验的验证。当前连铸水口结瘤事件仍时有发生，而目前缺少对水口结瘤发展的实时预报研究，未来可以将实时水口结瘤预报、剥落结瘤物在铸坯内分布预测等内容作为连铸水口结瘤数值模拟的研究方向之一。
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  亚包晶钢连铸坯裂纹漏钢形成机理及控制研究进展

  王博腾, 王敏, 邢立东, 艾新港, 曹利, 李旭友, 宋剑

  连铸. 2025, 44(5): 18-27.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20250132

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  包晶钢连铸过程常发生裂纹漏钢,严重制约包晶钢连铸的高效、高质化生产。裂纹漏钢主要源于结晶器内初生坯壳的凝固缺陷,包晶反应相变收缩形成气隙,造成传热不均、凝固坯壳厚度不均,在坯壳薄弱处容易出现裂纹漏钢。本文综述了包晶钢连铸坯凹陷的形成机制和条件,总结了铸坯角部裂纹漏钢、宽面偏离角部漏钢和宽面中心裂纹漏钢的典型特征和主要影响因素,总结了钢种成分、工艺因素对裂纹形成的影响规律。针对包晶钢多发的裂纹漏钢,提出从工艺因素、保护渣性质、结晶器设计等方面改善裂纹漏钢的要求,指出基于裂纹漏钢的关键影响因素建立连铸过程裂纹漏钢风险预报模型,对事故前兆特征提前预警和及时干预,是未来漏钢预报模型的发展方向。
专题研究
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  连铸过程中F-EMS电流对82B偏析优化的数值模拟和工业试验研究

  李怡宏, 蒋鹏远, 熊鹏飞, 何奕波, 王栋, 关文博, 张红旭, 华承健

  连铸. 2025, 44(5): 28-37.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20250125

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  围绕着82B钢连铸过程中普遍存在的碳偏析问题,通过建立包含流动-传热-凝固-电磁搅拌的碳偏析模型,运用铸坯表面温度验证、末端电磁搅拌(F-EMS)磁场强度验证和铸坯偏析验证等手段,研究了国内某厂末端电磁搅拌电流频率为5 Hz,电流参数分别为400、420、450和470 A的铸坯碳含量。研究结果表明,在本文研究条件下,距弯月面下方8.06 m处的铸坯横截面凝固率为78%,随着电流的增大,中心碳偏析度逐渐降低,并在电流为450 A时中心碳偏析最优,中心碳偏析度为1.00±0.01。现场的工业优化试验研究表明,通过调控末端搅拌电流,可以有效控制82B铸坯中心碳元素聚集;当电流过大(470 A)时,则导致碳元素过度外扩,引发负偏析。
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  含钛Fe-Mn-Al-C中锰钢凝固过程包晶相变行为

  王卫领, 安志江, 田韫玮, 岳莹莹, 罗森, 朱苗勇

  连铸. 2025, 44(5): 38-46.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20250157

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  Fe-Mn-Al-C系中锰钢因其低密度、高强度与高延展性在汽轻量化方面极具应用前景。然而,中锰钢凝固过程中发生包晶相变,易导致连铸坯表面产生纵裂纹。本文以含钛中锰钢(Fe-5.59Mn-0.064Al-0.155C-0.022Ti, 质量分数/%)为研究对象,结合Thermo-Calc热力学计算与高温激光共聚焦原位观察,揭示Ti和冷却速率对中锰钢凝固组织演变和包晶相变行为的影响规律,阐明Ti对其包晶凝固过程的影响机理,同时确定凝固组织生长动力学。结果表明:含钛中锰钢的凝固过程为L→(L+δ)→(L+δ+γ)→(L+γ)→γ,属于过包晶钢。δ晶粒呈胞状生长,且随冷却速率增大,其生长速率增大,尺寸减小。包晶反应时,γ相在δ/L相界面处形核,相互接触形成奥氏体晶界,最终彻底地隔断L相和δ相。在包晶转变过程中,δ/γ相界面的迁移速率远大于γ/L相界面。随冷却速率增大,包晶反应温度下降。添加Ti,有效促进了δ相的形核,并抑制其生长,使δ/L相界面变得光滑不会向枝晶形貌发展。较小尺寸的δ晶粒会增大包晶反应过程中γ相包裹δ相的速率和包晶转变过程中γ相吞噬δ相的速率,有效避免了块状相变发生。
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  分孔旋流水口作用下连铸圆坯结晶器流场水模型试验研究

  吴春雷, 王连钰, 郭晓影, 孙延文, 史纯阳

  连铸. 2025, 44(5): 47-55.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20250145

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  为优化连铸圆坯结晶器内流场,改善铸坯表面与内部质量,本文基于分孔旋流水口技术,通过几何比为1.625∶1的水模型试验系统,研究了ø650 mm圆坯结晶器在不同侧孔数量、不同拉坯速度以及有/无结晶器电磁搅拌(Mold Electromagnetic Stirrer, M-EMS)条件下的流场特性与液面波动行为,并与传统直筒水口进行对比。结果表明,分孔旋流水口可显著减小钢液冲击深度,促进低过热度浇注,有利于凝固组织细化。增加侧孔数量可减弱水口出流形成的下返流强度,抑制其在结晶器中心形成的“倒三角”流动结构,从而延缓溶质元素向心部的迁移,减轻中心偏析。此外,分孔旋流水口能够保持流场在纵截面上的对称分布,避免单独使用M-EMS时可能出现的偏流现象。在与M-EMS联合使用时,形成的复合旋流可有效稳定液面,将波动幅度由单独搅拌时的±3.0 mm控制在±1.5 mm以内。本研究为分孔旋流水口技术在提升连铸圆坯质量方面的应用提供了实验支撑。
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  基于PSO-SVM算法的铸坯表面夹渣预测模型

  从俊强, 付冰冰, 常立忠, 王海军, 何飞, 徐李军

  连铸. 2025, 44(5): 56-64.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20250118

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  表面夹渣是种典型的铸坯质量缺陷,在线预测夹渣发生位置并修磨消除,可以降低因夹渣遗传性特征导致的轧板缺陷发生率。现有的基于机器学习算法的夹渣预测模型,无法有规律寻优模型参数,导致模型训练精度高但测试应用精度难以保证。因此,分别采用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)、随机森林、自适应增强算法建立了夹渣预测模型,利用Z′-Score法对铸坯样本数据集异常值预处理,分析发现SVM建模精度更优。进一步建立了模型测试样本精度指标F₂分数f与训练样本精度指标误报率t₁、漏报率t₂、F₂分数t₃间的关系模型f(t)=0.62-1.19t₂t₃-0.89t₃²-0.4t₂²-0.35t₁t₃-0.28t₁t₂,t₁、t₂、t₃为特征数据标准化处理结果。利用粒子群优化算法寻优模型参数,寻优过程中采用f(t)评估粒子最佳位置,最优组合下测试样本误报率、漏报率分别为22.9%、18.6%,F₂分数为0.727。重点探究了夹渣预测模型的训练精度与测试精度间的关系,借助此关系可以在测试精度未知的情况下,利用训练精度有规律寻优模型参数提升测试应用精度,进而发现更多的夹渣坯,提升产品质量稳定性。
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  基于多相凝固模型的X65管线钢连铸过程溶质偏析缺陷控制

  刘钦, 杨震, 关锐, 艾新港, 李胜利

  连铸. 2025, 44(5): 65-73.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20250154

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  连铸板坯作为X65管线钢的主要母材,其内部宏观偏析是制约钢铁材料性能的关键缺陷之一。为控制连铸过程中的溶质偏析缺陷,本文在充分考虑凝固末端轻压下工艺的基础上,建立了耦合熔体流动、宏观传热、微观凝固组织演变与溶质传输的多相凝固模型,系统研究了浇注过热度和铸坯拉速对宏观偏析的影响机制。通过对工业生产板坯的碳硫分析检测,验证了模型计算的准确性。研究结果表明:随着过热度由14 ℃提升至30 ℃,柱状晶生长加剧、等轴晶区收窄,过热度每提高8 ℃,板坯中心等轴晶区收窄0.6~0.8 mm,偏析度增加1.39%。拉速对偏析控制的效果取决于凝固终点与压下区间的匹配关系:0.8 m/min 时凝固终点(18.46 m)早于压下区间,压下作用失效,中心偏析度达1.151;1.1 m/min时凝固终点(23.55 m)完全落入压下区间,压下作用最充分,偏析最轻(1.071);1.2 m/min时凝固终点(27.95 m)超出压下区间,覆盖不足导致偏析度回升至1.082。研究阐明了固定压下工艺下过热度、拉速与中心偏析之间的定量关系,为板坯连铸过程宏观偏析的精准控制提供了理论依据和工艺优化方向。
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  高镍高氮316L不锈钢板坯铁素体特征与凝固模式

  薛智轩, 张政睿, 陈超, 王洋, 陈兴润, 李亚峰, 杨琨, 牟望重

  连铸. 2025, 44(5): 74-81.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20250156

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  为了满足核电和手机等领域对316L奥氏体不锈钢无磁性的要求,必须严格控制316L不锈钢铸坯中残余铁素体的含量。本文以某厂生产的高镍高氮316L奥氏体不锈钢板坯为研究对象,采用金相观察、EBSD等方法研究了的板坯宽度中心厚度方向铁素体的形貌、含量及板坯析出相,使用热力学计算铸坯的平衡凝固过程,对比不同经验模型对凝固模式和铁素体含量的预测准确性。研究表明:高镍高氮含量316L板坯铁素体形貌从板坯表面到中心依次为:颗粒状→短棒状→半网状,大部分位于奥氏体晶界处。铁素体体积分数在0.14%~1.47％内变化,在板坯中心铁素体体积分数最高为1.47％,铁素体含量基本符合无磁要求。板坯二次析出相主要为Chi相和Sigma相。板坯表层铁素体在奥氏体晶界以颗粒状析出,部分铁素体转变为Chi相,表层冷却速率较高Chi相转变驱动力不足,保留下来形成铁素体和Chi相的耦合组织。板坯中心在奥氏体晶界处的半网状铁素体已基本转化为Sigma相。热力学计算结果显示本研究的316L板坯以奥氏体单相凝固即A模式,但实际观察结果显示铸坯凝固模式为AF模式。结合5种铬镍当量公式与WRC-1988铁素体含量预测图对本研究316L板坯凝固模式和铁素体含量进行预测,仅有Hull提出的铬镍当量公式预测的铁素体体积分数在1%~2%和实验观察一致,其余公式预测结果为纯奥氏体、3%或7%~10%。
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  含Nb冷镦钢方坯质量缺陷分析及连铸工艺优化

  赵利欣, 孙立根, 褚衍顺, 汪思聪, 张彩军

  连铸. 2025, 44(5): 82-92.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20250152

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  含Nb非调质冷镦钢MFT9具有高强、耐冲击、生产成本低的优势,是汽车用紧固件材料的发展方向。但在MFT9方坯连铸生产过程中,铸坯同时出现了表面横裂和中心疏松缺陷。为解决该问题,本研究系统分析了MFT9钢中易引起铸坯横裂的含Nb粒子析出行为,并利用数学模型优化了连铸工艺参数。分析结果表明:连铸过程中MFT9钢析出的大尺寸粒子以NbC为主,特别是当温度低于1 000 ℃时,大于120 nm的粒子数量明显增多,加剧了铸坯表面横裂纹的产生,因此应尽可能将铸坯表面温度控制在1 000 ℃以上;数值模拟分析结果表明,在现有装备条件下,拉速应控制在1.3~1.5 m/min,比水量控制在0.8~1.0 L/kg,并采用低过热度浇注。
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  二冷喷嘴布置方式对铸坯凝固均匀性的影响

  刘彤辉, 张志霄, 屈天鹏, 陈刚, 缪鹏飞, 李向龙, 王德永

  连铸. 2025, 44(5): 93-103.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20250162

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  为优化304不锈钢连铸坯的凝固均匀性,采用数值模拟方法,深入探究了二冷区喷嘴布置方式对铸坯凝固过程的影响规律。通过建立与实际生产工艺匹配的连铸过程仿真模型,系统对比分析了4种差异化二冷喷嘴布置方案下的铸坯凝固行为。分析表明:不同的喷嘴布置方式显著改变了铸坯表面不同位置的冷却强度,进而影响铸坯内部的温度梯度分布与凝固前沿的推进。随着喷嘴布置方案的逐步优化,铸坯的凝固均匀性显著提升。通过阶梯式优化方案的对比,定量揭示了二冷喷嘴布置对凝固均匀性的调控规律,优化了304不锈钢连铸工艺。通过改善凝固均匀性从而提升铸坯内部质量提供了明确的改进路径和理论支撑。
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  稀土钇对高强钢中夹杂物行为的影响

  李珂欣, 杨小刚, 刘敏, 张志, 陈雅晟, 李卫荣

  连铸. 2025, 44(5): 104-113.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20250038

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  高强钢主要应用于汽车车架和船板等结构材料,其中不规则、大尺寸夹杂物是影响其性能的关键因素之一。稀土元素因其独特的物化性质,被广泛用于调控钢中夹杂物。为探究稀土Y在钢中的改性机制,本文通过实验观察研究了稀土Y对钢材高温热塑性及奥氏体晶粒尺寸的影响,并结合热力学计算分析了不同Y含量下钢中非金属夹杂物的演变规律。结果表明:添加稀土Y可显著提升钢材的高温热塑性,断面收缩率(Z)提高了21.9％,增幅达94.0%,断裂模式由脆性断裂转变为塑性断裂,同时奥氏体晶粒尺寸减小47%。稀土Y的加入促使钢中MnS、Al₂O₃及其复合夹杂物转变为Y₂O₃、Y₂O₂S、YS和Y₂S₃等稀土类夹杂物,夹杂物长宽比降低19%;Al₂O₃夹杂物几乎完全被改性,MnS生成量减少64%。夹杂物的演变机制为:未添加稀土时,钢中主要存在MnS、Al₂O₃及(MnS+Al₂O₃)复合夹杂物;添加0.015%(质量分数)稀土Y后,优先生成稀土类夹杂物,MnS和Al₂O₃以其为核心形核并逐渐被完全改性。
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  宽厚板坯连铸结晶器钢-渣界面行为研究

  王翔, 李坤, 彭中源, 臧喜民, 张宗帅, 孔令种, 杨杰

  连铸. 2025, 44(5): 114-120.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20250045

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  为探究宽厚板坯连铸结晶器内钢-渣界面的波动行为,通过建立三维结晶器模型,对比分析Realizable k-ε模型和Large Eddy Simulation(LES)模型对钢-渣界面行为的计算差异,并与水模型实验进行验证。研究结果表明,LES模型较Realizable k-ε模型,对瞬时流动/界面波动细节有更好的展示,与水模型实验的吻合性更好。随着界面张力由1.0 N/m增至1.4 N/m,界面处钢液流速呈先增大后递减的趋势,且在结晶器模型中宽度方向上距离窄面1/4处尤为明显;界面张力为1.4 N/m时钢-渣界面波动幅度最为平缓。
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  基于PCA-PSO-SVM的连铸漏钢预报研究

  陈明, 张可欣, 邢立东, 白居冰, 郭立飞

  连铸. 2025, 44(5): 121-127.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20250137

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  针对漏钢预报模型在小样本、非线性及高维训练数据情况下难以获得较高的预报准确率的问题,提出了一种基于PCA-PSO-SVM的连铸漏钢预报算法。该算法首先采用主成分分析法(PCA)对采集到的连铸工艺参数数据进行降维处理,提取综合指标从而降低数据的复杂度,并结合粒子群优化算法(PSO)对支持向量机(SVM)的参数进行优化,解决了传统SVM在工业数据分类中参数依赖性强、泛化性能不足的问题。最后利用某钢厂采集到的数据进行测试,测试结果表明,所提算法减少了计算量,提升了预测的精度,连铸漏钢预报准确率可达95.56%。
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  高钛钢无氟CaO-Al₂O₃-TiO₂基保护渣润滑行为预测模型

  金雅璇, 朴占龙, 王杏娟, 张彩军, 朱立光, 巩鹏辉

  连铸. 2025, 44(5): 128-134.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20250159

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  新型无氟CaO-Al₂O₃-TiO₂基保护渣能够抑制高钛钢与保护渣之间钢渣界面反应,确保浇注过程中保护渣性能稳定,而保护渣理化性能直接关系到铸坯表面质量及连铸是否顺行,其润滑行为是发挥冶金功能的关键环节,熔化温度、黏度、转折温度是润滑行为的重要指标,但其测定需要大量时间和成本。为此,开展保护渣熔化温度、黏度、转折温度测定与分析,并根据大量实验数据,构建保护渣熔化温度预测模型、黏度预测模型及转折温度预测模型。研究发现,Na₂O和B₂O₃能够降低熔点,w(CaO)/w(Al₂O₃)、SiO₂能够增加熔点,而TiO₂、BaO、Li₂O和MgO对熔点具有双重作用。w(CaO)/w(Al₂O₃)、BaO、Na₂O、B₂O₃、Li₂O和MgO具有降低黏度作用,SiO₂能够增加黏度,而TiO₂对保护渣黏度具有双重作用。BaO、Na₂O、B₂O₃、SiO₂能够降低转折温度,w(CaO)/w(Al₂O₃)、TiO₂、MgO能够增加转折温度,Li₂O对转折温度具有双重作用。熔化温度预测模型、黏度预测模型和转折温度预测模型的平均绝对百分比误差分别为1.60%、8.43%和0.63%,均能够较好的预测CaO-Al₂O₃-TiO₂基保护渣润滑行为,该模型能够为CaO-Al₂O₃-TiO₂基高钛钢保护渣研发提供直观参考和技术支持。
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  高碳高硅耐磨球钢大方坯中心质量控制及铸轧遗传性研究

  张龙, 郭一然, 赵成林, 张建元, 张立峰, 安航航, 尚进

  连铸. 2025, 44(5): 135-147.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20250144

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  直径ø125 mm高碳高硅耐磨钢球在落球试验及服役过程中出现开裂,采用扫描电镜与金相显微镜对其原因进行分析。高碳高硅耐磨球钢B3大方坯铸坯中存在的严重中心缩孔及偏析缺陷,遗传至后续轧制的大棒材,大棒材中心未完全焊合的残余缩孔及网状碳化物是其开裂主要原因。基于数值模拟与工业试验相结合的方法,对390 mm×510 mm断面大方坯连铸工艺进行优化以改善铸坯中心缩孔、疏松及偏析问题,从而提高ø125 mm大棒材中心致密度并降低网碳级别。结果表明,采用“较低过热度+弱冷+强结晶器电磁搅拌+强凝固末端电磁搅拌+大压下量轻压下”的工艺优化策略,可显著改善高碳高硅耐磨球钢B3铸坯的中心质量。拉速为0.43 m/min,结晶器与凝固末端电磁搅拌参数分别为450 A/1.5 Hz和600 A/8.0 Hz,在3号~6号拉矫机实施轻压下(有效压下总量为16 mm),采用以上的优化工艺,铸坯中心碳偏析指数控制在0.93~1.07,中心缩孔小于0.5级;ø125 mm大棒材中心致密度显著提高,探伤合格率提升至98%以上,成功解决了耐磨钢球的开裂问题。
技术交流
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  高钛钢连铸中间包覆盖剂研究与应用

  黄枝权

  连铸. 2025, 44(5): 148-153.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20250171

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  针对高钛钢中的[Ti]极易与中间包覆盖剂中的SiO₂、Al₂O₃反应,导致覆盖剂冶金性能恶化、成分精度低以及钢质洁净度差等难题。通过对覆盖剂的物理特性、覆盖剂与钢水以及耐材的反应性、覆盖剂吸收夹杂物后的稳定性等方面开展研究,设计开发了(BaO+CaO)-Al₂O₃-TiO₂系低反应性、高稳定性中包覆盖剂,并成功应用于Ti质量分数为0.3%~0.4%的高钛钢连铸生产。试验包次中,中间包内高钛钢全氧(T[O])质量分数控制在12×10^-6~16×10^-6,[N]质量分数波动不高于2×10^-6,钛烧损率为0.52%,确保了高钛钢连铸顺行。
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  铝酸钙覆盖剂热力学计算研究

  吴晨辉, 张吉清, 张建华, 谢鑫, 杨晓东

  连铸. 2025, 44(5): 154-160.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20250074

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  中间包覆盖剂在连铸过程发挥着保温、隔绝空气、净化钢水等重要功能,在浇铸高洁净钢时,其对钢水的净化功能尤为重要。以铝酸钙高碱度中包覆盖剂为研究对象,基于Factsage开展了热力学计算研究,设计与优化该类型覆盖剂的成分,为更好的发挥其钢水净化功效提供了理论指导。热力学计算结果表明:为有效抑制覆盖剂对中包干式料侵蚀,覆盖剂中MgO质量分数应不低于6%;在满足化渣性能要求的前提下,需尽量提高覆盖剂的C/A(w(CaO)/w(Al₂O₃))比例,以增强其对夹杂物的溶解吸附能力。温度的提高有助于降低覆盖剂液渣黏度,改善覆盖剂对夹杂物溶解吸附能力。
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  凝固末端辊缝收缩对高强钢40Mn钢种中心偏析的影响

  金进文, 陈亮, 胡盛凯, 杜振杰, 杨志强, 但文灿, 王璞, 张家泉

  连铸. 2025, 44(5): 161-167.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20250067

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  建立了板坯三维流动-传热-凝固耦合模型,系统分析了高强钢40Mn钢板坯中心凝固进程的演变规律,并结合工业试验,深入探究了辊缝收缩对中心偏析的影响机制。结果表明,结晶器内双辊型流场会导致板坯宽面方向坯壳生长不均,中部较厚、两端较薄,且初始凝固状态非均匀性在二次冷却过程中进一步加剧,最终使凝固终点呈“W”型分布。采用辊缝收缩技术后,板坯中心偏析等级由B1.0降至C1.0,偏析明显改善。然而,“W”型凝固终点分布削弱了辊缝收缩在不同区域的改善效果,导致中心偏析程度沿中心线方向仍存在差异。为提高板坯中心凝固状态的一致性,建议通过优化结晶器内流场结构,并合理调整二冷区喷嘴布置与喷射角度,以实现更稳定均匀的凝固行为,从而提升板坯中心质量。
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  13MnNiMoR特厚板表面横裂纹机理分析及改进措施

  黄远涛, 迟云广, 张成元, 张明志, 祭程, 朱苗勇

  连铸. 2025, 44(5): 168-175.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20250172

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  针对国内某钢厂压力容器用特厚板坯13MnNiMoR钢在轧制后上表面边部100~200 mm处出现横裂纹的问题,通过显微组织观察和热塑性模拟实验,分析了连铸坯上表面边部裂纹的形成机制,并提出了相应改进措施。结果表明:裂纹附近基体组织晶粒粗大,原始奥氏体晶界处存在一层厚度为几十至数百微米的先共析铁素体膜,裂纹沿该铁素体膜扩展,其根部位于未开裂的铁素体膜内。裂纹周围存在明显脱碳现象,未观察到析出相。在现行连铸二冷配水工艺下,铸坯矫直段上表面边部100~200 mm区域存在局部过冷,表面温度降至约850 ℃,低于实验测得的脆韧转变温度下限(880 ℃)。奥氏体晶界上形成的先共析铁素体膜显著降低了材料的塑性。在矫直过程中,该低温脆性区域因设备精度问题承受较大的应力集中(超过材料强度极限)和附加拉伸应变,共同作用于脆弱的铁素体膜,引发沿晶开裂。因此,13MnNiMoR特厚板坯的横裂纹是由铸机精度、晶界强度及冷却工艺等多因素共同导致的,轧制后裂纹进一步扩展形成宏观缺陷。热塑性模拟实验确定该钢种的脆韧转变温度为880~890 ℃。结合热-力耦合模型分析矫直段存在的低温、高应力集中及因辊缝偏差/对弧不良引起的附加应变问题,对铸机设备精度和生产工艺进行优化,并控制钢中氮、铝含量。实施新的控冷工艺后,连铸坯边部抗裂纹能力显著提升,13MnNiMoR边部裂纹发生率由原来的15.39%降至1.67%,质量得到明显改善。
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  换包过程中夹杂物逃逸行为模拟与控制实践

  金煜凯, 马建超, 李强, 周健

  连铸. 2025, 44(5): 176-182.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20250139

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  基于六机六流中间包,建立了三维欧拉-拉格朗日数值模型,研究了中间包换包过程对夹杂物逃逸行为的影响规律。结果表明:换包浇注过程中,受钢液流动状态影响,空包过程夹杂物逃逸率最低,充包过程夹杂物逃逸率达到最高;相同充包初始吨位时,充包过程充包速度越大,夹杂物逃逸率最大值越大,充包速度从4.70 t/min增大到11.75 t/min时,100 μm夹杂物逃逸率最大值增大了2.45倍;相同充包速度时,充包初始吨位越低,夹杂物逃逸率最大值越大,初始充包吨位从40 t减小到30 t时,10 μm夹杂物逃逸率最大值变化规律不明显,50 μm夹杂物逃逸率最大值由0.115增大到0.132,增加了14.8%,100 μm夹杂物逃逸率最大值由0.029增大到0.047,增加了62%。在生产实践中,优化了换包过程充包速度,开发了中间包吨位自动控制系统,线材夹杂物尺寸超标比例由7.7%降低至2.5%。
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  板坯连铸结晶器流场模拟及裂纹改善

  任涛, 王迪, 董长征, 张海波, 温希望, 候平军

  连铸. 2025, 44(5): 183-194.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20250150

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  为研究现有工况下230 mm厚度板坯连铸结晶器内的流场特性,并探究板坯表面小纵裂的产生原因,本文建立了1∶1结晶器物理模型,系统分析了浸入式水口结构、拉坯速度及插入深度等工艺参数对结晶器流场和液面波动行为的影响。研究结果表明,浸入式水口尺寸对结晶器流场具有显著影响:侧孔及内腔尺寸增大可降低出口流股的动能,减弱上回流区流速,并有效抑制液面波动。液面波动过大被确定为导致板坯裂纹的主要因素。综合流场分析结果,确定适用于当前工况的浸入式水口最优结构参数为:侧孔尺寸66 mm×90 mm,内腔直径80 mm。
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  精炼—连铸双工艺加入稀土提升HSLA铸坯质量研究

  崔弘, 王皓, 史超, 吕丹, 刘玉宝, 王瑞

  连铸. 2025, 44(5): 195-203.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20250179

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  以国内某生产线低合金高强钢为研究对象,采用精炼窄窗口工艺控制,结合恒定拉速与精准喂丝速度,在结晶器喂入稀土金属丝,通过双工艺联用方式,系统研究了稀土在钢中的收得率、含量及其在铸坯不同位置的分布控制水平。通过系统取样与对比检测,综合评价了稀土添加对铸坯内部洁净度、偏析行为以及凝固组织的影响规律。结果表明,采用精炼-连铸双工艺添加稀土,可实现稀土整体收得率大于80%,钢中稀土含量稳定在200×10^-6以上,且在铸坯各位置分布均匀。该方法显著降低了铸坯总氧含量的平均值及其波动范围,提升了钢液洁净度。添加高含量稀土后,钢中常见的Al₂O₃、MgO、MnS类夹杂物被变质为RE-O、RE-S、RE-Al-O、RE-S-O等稀土类夹杂物,夹杂物尺寸分布主体由大于10 μm转变为小于5 μm,形貌由链状、长条状改善为球状或纺锤形。相较于未添加稀土的铸坯,添加稀土后铸坯中夹杂物数量密度有所增加,但面积密度降低,表明稀土对传统夹杂物具有变质、细化及弥散分布的作用,有效减少了钢基体中大尺寸异质夹杂物,有利于提高钢材组织的连续性。高含量稀土在铸坯中均匀分布显著抑制了发达柱状晶的形成,提高了等轴晶比例,细化了枝晶间距。凝固组织的均匀细化削弱了溶质元素向铸坯中心富集形成偏析的倾向,铸坯偏析程度及裂纹情况均得到改善,有助于减轻后续轧制过程中钢板的带状组织,并通过细晶强化效应提升钢板的强韧性及耐疲劳性能。
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  风电齿轮箱用18CrNiMo7-6钢均质性及非金属夹杂物控制研究

  王雪原

  连铸. 2025, 44(5): 204-209.
  https://doi.org/10.13228/j.boyuan.issn1005-4006.20250191

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  以风电齿轮箱用钢18CrNiMo7-6为研究对象,系统研究了非金属夹杂物的形成机制。研究综合采用原位检测仪、低倍显微镜、水浸超声检测仪、工业CT以及扫描电子显微镜(SEM)与能谱仪(EDS)等多种技术手段,从夹杂物的形貌、化学成分及空间分布特征等方面进行了全面分析。结果表明,通过优化连铸工艺参数(精确控制浇注温度、优化冷却水分配并引入电磁搅拌技术),碳元素的宏观偏析显著减轻(极差降至0.033%),材料性能均匀性得到显著提升。外来夹杂物主要来源于耐火材料侵蚀或熔渣卷入,其中MgAlO类夹杂物是导致大尺寸复合夹杂物及宏观缺陷的关键因素之一;内生夹杂物则主要产生于脱氧反应、凝固偏析及二次氧化过程。