成果简介：

采用三维模型，计算结果更为精确，效果更为理想，能够展示铸坯拉坯方向、宽度 方向和厚度方向完整的凝固过程，在非稳态浇注情况下，滞坯时间小于 7min，铸坯表面温度波动小于±25℃ 。通过不同季节、浇注周期情况下对铸坯表面温度测定，修正传热系数。采用双目标温度设定，即中心、边部有各自的目标温度，需同时达到两个目标温度，边部的冷却水量主要受边部温度控制，使边部冷却水量更为合理。

提出压下量设定原理，结合压下起始位置为 V 型偏析形成时所对应的中心固相率， 结束位置为计算出岛状偏析形成时所对应的中心固相率，该固相率即为压下的结束位置。 合理设定压下区间的固相率，将压下结束的固相率设定在某一扇形段尾部，软件在线可 以计算出建议拉速，以此拉速浇注，能够保证一个扇形段实施压下，即实施可控单段压 下，建议拉速一般最大只需调整 0. 15m/min，即可实施夸段调节，并不影响钢厂的物流。 采用延时压下位置，即当压下位置变化量超过200mm，才开始调整控制压下，即拉速瞬时波动压下位置不变，这样可以减少非稳态的压下波动。新型数据库对两相区内钢水热物性参数进行处理。固态钢的焓法是根据各钢种碳含 量，并结合铁碳相图，确定其凝固过程中的相转变路径。然后根据钢种各温度下相组成， 给出了钢种热物性参数与温度的函数对应关系。此外，结晶器内钢水流动、传热与凝固 耦合计算，以固态钢导热系数和湍流效应为基础，对钢水导热系数进行了修正。将以上 算法嵌入到新型数据库中，可以计算各钢种的热物性参数，并将该参数储存进数据库， 以备凝固传热模块计算时调用。数据库可以便捷的更新开发钢种的热物性参数，以及钢 种热物性参数的数据导出。异钢种混浇通过数学模型对中间包内钢水的成分进行计算， 从而找出进入结晶器钢水的成分随时间的变化规律，根据成分调整物性参数及目标温度， 模型计算结果更为准确，因此得到的冷却水量和压下位置也更为精确，同时能准确预测混浇坯的长度。W 形状预测与控制通过输入实际产生的边界条件，对该形状进行预报，并通过三维 配水复杂边界条件，双目标温度控制，同时对喷嘴分布、型号、安装方式进行优化设计， 消除了铸坯 W 形状凝固。在铸坯凝固终点出现 W 时，通过不均匀中心固相率的加权平均设定压下位置。

成熟程度及推广应用情况：

目前处于何种研发阶段：☐研发 ☐小试 ☐中试 ☐小批量生产 ☒产业化。

已投入成本：300 万。

推广应用情况：三维动态二冷配水模型目前在国内多家钢厂，宝钢、鞍钢、柳钢、 唐钢不锈钢、五矿营钢等钢厂有许多实际应用案例，北京科技大学在宝钢上线应用三维 动态二冷配水模型后，改善了超高强钢的热轧临时封锁率和锯齿裂敏感钢种的锯齿裂封 锁，超高强钢和锯齿裂敏感钢种的锯齿裂封锁分别从 5.77%改善到 4.61% ，10.23%改善 到 5.53% 。裂纹发生率和封锁率最低可达 3.88% ，3.77%。在鞍钢上线应用后，有效改善了微合金钢铸坯表面温度分布和裂纹问题，试枪合格率达到 95.74%，铸坯角裂清理率降 到 8.10%。

期望技术转移成交价格（大概金额）：200 万。

技术优势：

1.  减轻铸坯表面温度波动

拉速不再直接决定水量大小，拉速波动过程中，区别于静态配水的水量随拉速变化 而变化，三维动态二冷配水模型所就算铸坯表面温度不会立即发生变化，有一定的滞后 性，所给出的设定水量有一定的滞后性变化，从而铸坯表面温度波动不大。实际应用效 果显示，拉速变化过程中，滞坯时间不超过 7min，铸坯矫直前铸坯表面温度波动在±30℃范围内；

2.  改善铸坯角部横裂纹

由于拉速变化过程中铸坯表面温度波动不大，冷却较为均与，矫直前铸坯表面冷却

较为理想，角部横裂纹不会进一步并有较大程度的减轻。

3.  有效解决“W” 型

三维动态二冷配水能容纳足够的边界条件，可计算铸坯表面横向温度分布并给出横 向各位置冷却水量，通过可移动喷嘴可控制边角部等各个位置的水量分布，从而是铸坯横向冷却均匀。在改善角裂的同时能有效解决连铸坯的“W” 型问题。

4.  凝固组织稳定

三维动态二冷配水理论上保证了凝固组织的稳定性，避免枝晶之间的搭桥。

性能指标：

1.  拉速波动时，滞坯时间不大于 7min，所有情况下的铸坯表面温度控制偏差在±30℃。

2.  微合金化等典型钢种表面裂纹发生率比应用技术以前降低 1/3 ，中心偏析减轻 1

个级别。

3.  实际达到的指标：铸坯表面温度控制偏差在±22℃ , 典型钢种表面裂纹发生率比

应用技术以前降低 2/5，中心偏析度降低减轻 2 个级别。

市场分析：

新一代板坯连铸二冷及精准压下关键技术拥有三维动态配水模型、实现精确的可控 单段压下、凸型辊压下技术、铸坯中心和边部双目标温度控制技术、新型的连铸二冷及 压下数据库、异钢种混浇配水和压下、W 形凝固终点形状控制技术等多项创新技术，并 且自动化程度高、对于铸坯的内部和外部质量能够有巨大提升， 目前在已推广单位创造了显著的经济效益和社会效益，可在全国钢铁企业推广应用。

经济效益分析：

通过本项目研究，2019 年-2020 年鞍钢股份有限公司、五矿营口中板有限责任公司、 柳州钢铁股份有限公司采用新技术后，铸坯表面横裂纹及角横裂纹、内部裂纹、中心偏析、中心疏松及缩孔等质量缺陷减少获直接经济效益 13599.73 万元。

成果亮点：

1.  具有自主知识产权，研究成果已申请发明专利 2 项。

2.  成果来源：项目来源于国家自然科学基金委钢铁联合研究基金（U1360201，连铸 坯低压缩比轧制制造特厚板的机理研究）及北京科技大学与鞍钢、五矿营口中板、柳钢、 唐山不锈钢、宝钢、南钢、邯钢、武钢、本钢、安钢、承钢、永洋特钢等多家企业的横向科研项目。

3.  技术先进性：成果通过中国金属学会技术鉴定，鉴定结果为国际领先。新一代板 坯连铸二冷及精准压下关键技术在各钢铁企业应用后，取得明显的效果，该技术由下列 单体技术组成，每项单体技术的主要思想，内容都具有创新性。新一代板坯连铸二冷及 精准压下关键技术每项单体技术在国际上都具有创新性，尤其是新一代三维动态配水及 可控压下软件属首创，该技术应用后，奥钢联才开发类似技术，但技术封锁，实行“黑箱子 ”操作，只允许在其设计的铸机上安装，软件报价极高。

4.  成果获 2020 年冶金科学技术奖二等奖。

成果相关照片：

联系人：姚老师 

电  话：010-62333881 ，13718384597