《典型钢种炼钢技术培训》课件2-1

钢种特点及板坯质量

内容1、钢种分类及特点2、板坯角横裂的形成及改进3、板坯内裂的形成及改进4、轻压下技术及板坯中心偏析的改进钢种分类及特点代码适用钢种适用宽度正常用开浇用1超低[C]≤100ppm全宽1#渣0#2Al-K([C]＜8)低Al-Al-K([C]＜8)全宽2#渣3低

Al-K低Al-Al-K([C]＞8)Al-Si-k([C]＞8)Si-K全宽3#渣4高炭钢([C]≥20)全宽4#渣分类号钢种成分范围简称备注1IF钢（含全部超低碳钢）IF(包括Cp≤0.0050%非IF)IF2低碳钢0.0050%<Cp≤0.080%LC3包晶钢0.080%<Cp≤0.150%PER4包晶外的中碳钢0.150%<Cp≤0.250%MC5高碳钢0.250%<Cp≤0.450%HC6低碳微合金钢Group2micro-alloyLC-HSLA*7包晶微合金钢Group3micro-alloyPER-HSLA8包晶外的中碳微合金钢Group4micro-alloyMC-HSLA资料链接板坯角横裂的形成及改进

板坯角裂和横裂纹是在钢的第Ⅲ脆性区产生的一种沿晶开裂，见图2。在700～900℃（第Ⅲ脆性区）温度范围内，由于奥氏体晶界碳氮化物的析出（高温域，γ→α相变前）或铁素体薄膜的析出（低温域，γ→α相变开始时）弱化了晶界，当板坯在该温度区间受到外力（板坯弯曲、矫直或辊子错位等）作用后产生的裂纹[1]。奥氏体晶粒越粗大，越容易产生裂纹，如[C]含量在0.10～0.15%内，板坯表面晶粒最粗大，故最易产生裂纹。资料链接板坯角裂和横裂的产生机理已很明确，国内外针对该机理采取的措施主要有4种：①弯曲和/或矫直时高温避开第Ⅲ脆性区；②弯曲和/或矫直时低温避开第Ⅲ脆性区；③住友提出的SSC（Surfacestructurecontrol表层组织控制）法;④板坯表面晶粒细化（机理与SSC法相近）。

4种方法的优、缺点见表1，国内外的连铸机均在结合自己的设备特点和钢种特点不断优化工艺以采用相适应的改进措施。方法高温避开低温避开SSC法优点有利于提高拉速和板坯热送。通过加大二冷水量实现，控制简单、容易。避免了前两种方法的缺点。缺点1、对矫直前板坯表面温度的控制要求高，如温度波动不能太大等；2、板坯角部温度大于900℃控制难度高；3、开浇、TD更换等异常低速浇铸时很难实现高温控制；4、弱的二冷水容易产生板坯内部缺陷。1、不利于高拉速和板坯高温热送；2、喷嘴堵塞等异常时，产生的热应力大。1、对纵裂敏感钢种，加剧其裂纹扩展；2、急冷导致热应力增加。备注目前推荐最多的方法，但实际应用难度较大。拉速低时被采用，目前随着裂纹敏感钢种的增加，又逐渐被浦项、奥钢联、神户等的一些钢厂在采用（主要用在矫直区）。住友采用该方法，新日铁也有过类似方法的报道。板坯内裂的形成及改进内部裂纹的成因凝固前沿受到的拉应力引发的应变超过了其抵抗裂纹产生的最大变形(裂纹产生的临界应变量)，凝固前沿就会沿枝晶界面开裂，形成内部裂纹。凝固前沿变形：鼓肚；弯曲、矫直；设备误差引发的变形。钢可分为三个延性区：

◆Ⅰ区凝固脆性区（Tm-1350℃）

◆Ⅱ区高温塑性区（1300-1000℃）

◆Ⅲ区低温脆化区（900-700℃）Ⅰ区使铸坯产生内裂纹，Ⅲ区使铸坯产生表面裂纹。

≥

c

当凝固前沿所受的应变大于临界应变后，产生内部裂纹。因此，凝固前沿的应变量和钢种的临界应变决定了是否产生裂纹。1、钢种成分及影响偏析的因素决定了临界应变值。2、凝固前沿的应变主要由鼓肚应变、辊子位错应变和热应变组成。内部裂纹产生的临界应变对于形成内部裂纹的临界应变已有许多的研究，所采用的方法主要有两种，一种是采用数学模拟的方法，更多的是采用带液芯小钢锭弯曲、拉伸热模拟试验的方法。小钢锭弯曲装置示意图Yamanaka研究结果([C]：0.15％，Mn：0.65%)当应变速率在1×10-4－3×10-4/s之间时，形成内部裂纹的临界应变随应变速率的增加而降低，即高的应变速率有利于内部裂纹的生成。对于低碳钢，形成内部裂纹的最低临界应变在1.7％左右。临界变形量横向弯曲拉伸试验得出的临界应变量连续铸造における力学的举动，铁钢基础共同研究会，1985年5月，p3局部熔化弯曲试验得出的临界因变量小钢锭弯曲试验得出的临界因变量不同碳含量铸坯生成内部裂纹的临界因变量日本神户钢厂对300×400mm大方坯做压入试验得ε与内裂关系：

ε临%

低碳含硫易切削钢0.3

高碳钢0.4

中碳和低合金钢0.6～0.8

弹簧钢0.8

由此可知，不同作者测定值差别是很大的，不过在实际生产应用时，为防止内裂纹产生，固液界面的ε应取小一些。设计板坯、大方坯时的推荐值:

SMS－Demag:ε临＝0.1～0.2%

Danieli:ε临≤0.16%Concast:其中Si-K钢（中、低碳，[Al]s＜0.007%），Al-K钢1（C＜0.55%,合金元素0.8~3%[Al]s＞0.01%），合金钢（C>0.55%，合金元素＞3%）。

Si-K钢Al-K钢1合金钢固液界面ε％0.3～0.350.15～0.2

0.1～0.12坯壳表面ε％

0.90.90.9

VAI:C%拉速m/minε临%低碳钢<0.091.80.25包晶钢0.09<C<0.151.50.35中碳钢0.15<C<0.251.50.40高碳钢0.25<C<0.501.40.40低合金钢1.50.37

鼓肚力外力→矫直力→铸坯固液界面产生应变→ε<ε临→裂纹辊子不对中热应力（1）

鼓肚应变：一般说来，＝0.2～0.8%，对于Q235,230×1550mm，由模型计算，沿液相穴长度凝固前沿鼓肚变形分布如下图。

鼓肚应变沿铸流方向的分布

（2）矫直应变：

裂纹敏感钢：ε＝0.2～0.4%

结构钢：ε＝0.5%，由模型计算的结果如下图。

拉速、过热度对凝固前沿矫直应变的影响（3）

辊子不对中应变：

辊子不对中应变沿铸流方向的分布

（4）

热应力应变：

如应变可以线性叠加，那么凝固前沿发生的总应变

带液芯铸坯在连铸机内运行过程中受外力作用，产生的总应变>ε临，则产生裂纹。

防止措施降低钢的硫、磷等杂质含量；采用小径辊密排，减少铸坯鼓肚；加强二冷，减少鼓肚；采用电磁搅拌，减少柱状晶比率；加强设备管理，防止由于铸机对弧和对中不当以及矫直变形量过大等造成中间裂纹。轻压下技术及板坯中心偏析的改进轻压下技术的机理

液态钢的成分是均匀的，当钢液开始凝固时，由于选分结晶以及固、液相中的传质，将溶质元素（如S、P、C等）逐渐推向未凝固钢液，并形成富集，因此在最后凝固的板坯中心形成一条明显的偏析线。为了改善中心偏析，在连铸工序能够采用的措施之一是减缓未凝固钢液的传质，而促进传质最大的影响因素是由于板坯鼓肚和凝固收缩引起的未凝固钢液的流动；轻压下技术正是利用了这一点，通过适当（过分的压下反而会促进钢液流动，所以该技术称为轻压下）的压下阻止钢液流动。轻压下技术的发展1970年NKK进行了轻压下的预备试验（辊缝收缩）；1975年NKK现场正式实施轻压下技术，并且申请了多项专利；1975年

1985年期间进行了EMS技术的研究，发现该技术在改善UOE（直缝焊管）管线的抗HIC性能方面效果不佳，因此轻压下技术重新得到重视；1985年新日铁也进行了轻压下技术的应用，并且申请了多项专利；1990年川铁和住友金属开始使用轻压下技术；1995年日本以外企业开始采用轻压下技术；

国内外新建和改造连铸机已普遍采用该技术。

连铸坯动态轻压下技术发展现状及趋势朱苗勇东北大学2008年6月12日

内容提要◆轻压下技术开发背景

◆轻压下技术开发历程与应用现状◆

动态轻压下的关键技术◆动态轻压下技术的开发与应用1轻压下技术开发背景1.1连铸坯的宏观偏析及形成机理

大方坯纵向和横向截面硫印图

245mm

板坯中的偏析

枝晶偏析V偏析中心偏析白亮带连铸坯中的偏析铸坯中化学偏析的发展形成的三个尺度：◆微观偏析—枝晶尺度◆宏观偏析—产品尺度◆介偏析或半宏观偏析—中间尺度如一次晶粒宏观偏析

宏观偏析是合金凝固主要特征之一。在连铸坯中，宏观偏析体现为中心偏析。

宏观偏析是指铸坯中成分在大于晶粒尺度范围内的不均匀分布。宏观偏析程度与溶质分配系数密切相关，溶质分配系数越小，宏观偏析越严重。

宏观偏析的危害:◆横向性能变差（断面收缩）：轧制时中心区硫化物夹杂延伸；◆冲击韧性下降（断裂）：中心区硫化物夹杂延伸；◆抗氢致裂纹（HIC)能力下降：中心偏析区增加了易形成低温转变产物及硫化物；◆拉拔性能降低：高碳钢铸坯中心C、Mn偏析，发生碳化物和马氏体沉淀；◆合金钢铸坯低倍不合格。宏观偏析危害具体表现:中厚板：横向性能（冲击韧性）不合格；高碳线材：拉断率增大；管线钢：H扩散产生裂纹并扩展（抗HIC下降）；海洋钻探、平台用钢：焊接性能降低；钢轨：“S”型断裂。

宏观偏析的形成机理（宏观）◆

钢液→固体的收缩

浇铸温度→液相线温度1％液相线温度→固体4％固体→室温7-8％体积收缩与线收缩约11－12％，与钢种与温度有关

沿液相穴高度钢液没有及时有效补充体积收缩。◆溶质元素的再分配

钢液凝固过程中发生了元素的再分配，使凝固组织中成分不均匀。其程度决定于：溶质元素在固、液相的溶解度；溶质元素在固、液相的扩散系数。

宏观偏析的形成机理（理论）◆凝固桥理论◆铸坯中心流动理论◆鼓肚理论◆凝固收缩理论小钢锭理论（miniingottheory)，针对小断面铸坯1：柱状晶均匀生长；2：柱状晶不稳定生长（不易控制的对流和温度梯度）；3：部分长大的柱状晶搭桥；4:凝固末端凝固伴随偏析和缩孔5：铸坯最后的宏观结构

低过热度、大断面铸坯“V”型偏析的形成过程

1－柱状晶生长

2－自由等轴晶生长

3－等轴晶凝固

4－流动的糊状区

5－刚性糊状区渗滤钢液

6－通道的形成

7－中心线上通道的形成

8－完全凝固

宏观偏析的形成机理（微观）◆固液界面前沿的不稳定现象和端面效应；◆液相内中等强度的搅动对固液界面的枝晶臂的冲刷；◆等轴晶的迁移和沉积；◆糊状区内枝晶骨架的变形；◆糊状区内枝晶间液相纵深的循环流动、自然对流包括温度差和浓度差引起的。65吨钢锭的宏观结构和碳偏析硫印激冷作用钢锭表层形成细晶层，冷却速度下降形成大量柱状晶，中部的残余钢液流动到柱状晶根部补缩→柱状晶区前沿和柱状晶内的钢液密度增大，钢液向下流动→热对流；柱状晶凝固的同时向枝晶间的钢液排入大量的C、P、S等轻元素，使枝晶间钢液密度下降→钢液向上流动→溶质对流；凝固开始阶段，热对流占主导；随着柱状晶不断长大，溶质对流占主导，导致局部枝晶壁溶质浓度增加，熔点降低，钢液向外向上推进时熔化区域内的枝晶壁，形成溶质对流通道；柱状晶间的富含溶质的金属液通过溶质对流·通道到达钢锭的顶部，随着凝固进行，聚集的溶质越来越多；被熔断的柱状晶壁因其密度大、纯度高下落到底部堆积在一起形成负偏析沉积锥；柱状晶区的溶质对流通道也同时向钢锭内部生长，形成“A”偏析。凝固后期，心部的热对流作用，温度会趋于一致，会形成大量松散的等轴晶，在静压力作用下发生滑移和生长，凝固收缩使得顶部的富含溶质金属液向下流动补缩，形成“V”偏析。1.2影响连铸坯宏观偏析的因素板坯中等轴晶率对中心偏析的影响

1铸坯厚度铸坯越厚两相区宽度扩大，温度梯度减少，有利于等轴晶生长。大方坯取宽/厚＝1.2-1.4为宜。

2钢种

◆柱状晶的长短与钢中的碳含量有关

[%C]=0.1,L→δ→

，柱状晶较短

[%C]=0.6,L→

，柱状晶发达

[%C]=0.1－0.6,L+δ→

，柱状晶介于两者之间

◆柱状晶生长决定于传热条件

大方坯中碳含量对等轴晶率的影响（过热度25－35℃）

3钢液过热度

控制铸坯中心等轴晶的主要措施。

过热度对等轴晶和柱状晶

的影响

(0.08-0.12%C,1.15-1.30%Mn)

4拉速

拉速高液相穴变长变尖，钢液补缩不好，中心疏松和偏析加剧

5二冷强度

强冷→防止鼓肚和阻止溶质元素析出和扩散→减轻中心偏析

6

连铸机设备条件

凝固末端前因辊缝偏移引起的鼓肚

收缩辊缝对中心偏析的影响

板坯轻压下对中心偏析的影响

中心偏析是存在于铸坯凝固末端附近的富集偏析元素钢液的流动造成的；中心疏松是在钢液凝固时发生体积收缩而得不到钢液的及时补充时形成的。凝固末端附近钢液流动的动力来源于：

☆

坯壳的鼓肚

☆

钢液凝固时的体积收缩

1.3减轻或消除宏观偏析的措施

减少或消除中心偏析和疏松技术可分三类：◆减少钢中的有害元素（洁净钢冶炼，去除夹杂物或控制其分布形态）；◆为液相穴提供和产生等轴晶（低过热度浇铸，电磁搅拌）；◆通过补偿铸坯末端的凝固收缩，或防止铸坯鼓肚，抑制凝固末端吸收富集偏析溶质的钢液（小辊径分节辊，凝固末端轻压下，凝固末端连续锻压，凝固末端强冷等）。

几种常用消除中心偏析和疏松方法比较

类别名称

优点缺点低过热度浇铸LowSuperheatCast增加液相穴等轴晶数量，减少柱状晶含量，减少中心宏观偏析温度过低易堵塞水口，不利于夹杂物上浮；易造成半宏观偏析凝固末端电磁搅拌FEMS增加液相穴等轴晶数量，使钢液成分均匀，减少中心宏观偏析搅拌位置难以准确控制，维护费用高；当固相率较高时，不起作用；易造成白亮带负偏析轻压下SoftReduction大大减少或消除中心偏析和疏松，内裂纹减少对设备和控制技术要求高

因此，要消除宏观偏析和半宏观偏析，首先要阻止这些含富集偏析元素钢液的流动，同时在凝固末端要进行适当及时的变形量以补偿两相区内钢液凝固时形成的体积收缩。目前比较理想的手段是由轻压下来实现。轻压下技术自问世至今，主要出现了三种方式，见下表。表

轻压下压下方式分类

类别名称方式图例应用范围特点机械应力轻压下MechanicalSoftReduction辊式轻压下板坯方坯圆坯消除中心缺陷效果良好，投资经济，有效连续锻压式压下大方坯消除中心缺陷效果好；设备庞大，投资和维护成本高热应力轻压下ThermalSoftRedction凝固末端强冷技术小方坯消除中心缺陷效果良好，投资少，占地面积小；易出现裂纹，应用范围狭窄，反应不及时

到目前为止，轻压下通过辊式轻压下、热应力轻压下或凝固末端连续锻压技术来实现的。热应力轻压下应用范围小等局限性，应用很有限。凝固末端连续锻压技术由于其设备复杂等原因，应用也受到了限制。

辊式轻压下成为一种常见和成功的技术，在国内外被广泛应用。

通过在连铸坯液芯末端附近施加压力，产生一定的压下量来补偿铸坯的凝固收缩量。◆可以消除或减少铸坯收缩形成的内部空隙，防止晶间富集溶质元素的钢液向铸坯中心横向流动；◆轻压下所产生的挤压作用促进液芯中心富集溶质元素钢液沿拉坯方向反向流动，使溶质元素在钢液中重新分配，从而使铸坯的凝固组织更加均匀致密。1.4轻压下基本原理及效果轻压下示意图

图经过和未经过轻压下铸坯断面比较

不同铸坯厚度的轻压下效果比较

SSABOxeloesund

公司在不同板坯厚度进行轻压下后的偏析指数比较图

未投轻压下轻压下

(360mm×450mm大方坯,45钢纵向截面）150mm×150mm,高碳钢（0.7%C),拉速3.5m/min2轻压下技术开发历程

与应用现状

轻压下技术始于20世纪70年代末、80年代初，是在收缩辊缝技术的基础上发展而来，也是近年来推广较快的连铸机技术之一。目前的观点：中厚板坯、薄板坯的轻压下不仅具有减薄板坯厚度效果，它也是减小中心疏松和偏析的手段之一;大方坯的轻压下是减小中心疏松和偏析最有效的手段。表

轻压下技术发展

分类名称产生时间技术名称应用静态轻压下20世纪70年代末小辊径分节辊扇形段(图）日本NKK首先应用，而后在全世界推广20世纪80年代末人为鼓肚轻压下技术（ISBR）（图）日本NKK20世纪90年代初圆盘辊轻压下（DRSR）（图）日本新日铁动态轻压下20世纪90年代末液压夹紧式扇形段（图）奥钢联，德国SMSDemag,意大利Danieli等》》》

小辊径分节辊轻压下扇形段示意图

《《《图板坯凝固末端形状

a—“W”形状b—“一”字状

《《《图

平辊、圆盘压下方式示意图

《《《图奥钢联扇形段简图

由于设备和技术等原因，静态轻压下首先被应用。通过调整过热度、拉速等浇铸条件，使凝固末端固定在设定的压下位置。

生产过程中，很难保证浇铸条件不变，拉速、过热度的变化，会使凝固末端的位置相应发生变化。在静态压下基础上又发明了动态压下，即轻压下随着浇铸条件的变化（对应凝固末端的变化）而变化的压下方式。

各国钢铁企业在短短几年里迅速采用了动态轻压下技术。在薄板上实现动态轻压下以德国的SMSDemag为代表；在中厚板和方坯上应用动态轻压下以VAI为代表。

VAI的动态轻压下技术在1997年在芬兰的Rautaruukki投入使用后，意大利、韩国、奥地利、美国都引进了VAI的动态轻压下技术。

动态轻压下应用现状

我国引进的动态轻压下技术先后在梅钢、济钢、武钢、攀钢、南钢、沙钢等投入生产。引进板坯连铸机上自主开发：梅钢国产大方坯铸机上自主开发：攀钢

发展趋势

动态轻压下关键技术由压下模型、凝固模型、二冷控制系统、自动铸坯锥度控制系统和能够远程快速调整辊缝的扇形段这几个组成部分，只有它们的有机结合才能在动态变化的压下位置迅速自动调整辊缝以实施轻压下。未来的发展趋势：建立更精确的凝固模型，为压下和二冷控制提供更可靠的依据；提出更合理的压下模型，以获得更好中心质量；完善二冷和压下控制系统，以便及时、精确地实现控制；开发出更合理的扇形段，以便实现更好的可靠性、机动性和压下效率。

3动态轻压下的关键技术

◆

液压夹紧式扇形段：压下功能实现

◆

压下位置模型：合适压下位置

◆

轻压下模型：合适的压下量及分配

连铸机结构图◆液压夹紧式扇形段

动态轻压下技术要求快速远程调整铸辊的辊缝值，以实现随着凝固末端位置的变化进行轻压下。目前铸坯的辊道采用段式结构，一段内包括7对左右的辊子；采用液压驱动系统，既保证速度，又保证精度。扇形段以奥钢联公司的SMART扇形段和西马克公司的Cyberlink扇形段为代表，两者的结构虽不完全相同，但功能基本相同，厚度精度误差在±0.1mm内。液芯位置变化压下位置铸机上液芯位置的变化◆压下位置模型

轻压下是对凝固末端的一段区域进行压下，凝固末端位置的确定是实施轻压下的前提。目前用来确定凝固末端位置方法：

●在线计算的传热模型

●安装在铸机上传感器的适时探测采用传热模型计算凝固末端的位置要求模型准确，计算时间短。如Danieli的LPC和VAI的DYNACS。SMSDemag在扇形段上可以在线检测。◆轻压下模型

轻压下模型包括压下区间、压下量和压下率。只有合理的模型才能最大程度地消除铸坯中心偏析与疏松。对压下区间的研究已经多年，目前一致认为，中心偏析和疏松发生在凝固末端的液固两相区内。凝固末端两相区如图所示。

fs=0fs=1q2

q1

p◆q2区流动将不会造成中心偏析的形成，反而均匀了该区内的溶质分布。◆

q1区的收缩则将导致富集杂质元素钢液的集中，从而促进中心偏析的形成。◆

p区的凝固收缩因没有钢液的补充将形成疏松。

凝固末端两相区示意图

A到B区间为产生偏析的区域。对fs=0.5-0.95对应的区间进行压下。

P1=PO+POB*0.5P2=PO+POB*0.95

利用凝固模型确定PO及PB的位置，进而求出压下位置P12。

有研究表明：q1和q2分界处的固相率为0.3~0.4，而q1和p分界处的固相率为0.6~0.7。对于压下区间目前没有一个定值，一般企业都是根据试验修正后取得最佳值。很显然该值和钢的成分、铸坯断面及生产设备有关。

◆济钢新引进奥钢联的新中厚板坯在压下区间为0.5-0.95；◆芬兰的Rautaruukki6号板坯连铸机，含碳为0.088%的微合金钢，浇铸210mm×1250-1475mm尺寸时的最佳压下区间fs为0.3-0.9，210mm×1825mm的最佳压下区间为0.15-0.8；◆台湾中钢的220mm×260mm方坯连铸机生产0.7-0.8%高碳钢表明，在0.55-0.75的区域进行压下能取得很好的效果；◆韩国浦项对S82尺寸为250mm×330mm的方坯实施压下的位置为fs=0.3-0.7的区域。

压下量要完全补偿压下区间内钢液在凝固过程中的体积收缩量，才能防止富集溶质钢液的流动。但是压下量过大会使铸坯内部产生裂纹，并使轻压下区夹辊受损。压下量过小，对中心偏析和疏松改善不明显。压下量大小必须满足：

◆能够补偿压下区间内的凝固收缩；

◆避免铸坯产生内裂；

◆压下时产生的反作用力要在铸机扇形段许可载荷范围内。

压下速率是单位时间的压下量（mm/s），最佳压下速率应和凝固速率一致。在实际的轻压下过程中，铸坯的变形是非连续的，压下速率控制只能通过对总压下量的分解来实现，铸坯经多对压辊分步压下之后，总的压下量就可以达到应用要求。

最大压下速率首先是钢种本身所要求的，与钢种能承受的最大形变速率有关；其次与冷却条件及铸机设备本身条件有关。◆压下量小，凝固收缩得不到充分补偿，仍有残存V偏析；◆压下量增加，V偏析不断减少；◆液芯厚度越大，所需压下量越大；◆压下量大，发生白亮带负偏析和逆V偏析；◆压下量过大时，还将产生裂纹。◆液芯厚度过大，压下已不起作用。

◆压下速率小于0.02mm/s时，增加压下量，也不能防止V偏析；◆压下速率的增大导致应变率增加，相应的临界应变变小，上临界压下量减少；◆压下速率的增加，必要压下量增加，压下量区间变窄。

◆芬兰的Rautaruukki浇铸尺寸为210mm×1625-1825mm的低合金钢时的最佳压下量为1.5mm，压下率小于1.0mm/min，压下不会对铸坯表面质量产生影响；◆韩国浦项发现，随着压下量的增加，中心偏析不断降低，但压下量超过6mm之后，中心偏析并无进一步改善，铸坯内部裂纹增加，但总压下量低于6mm时，铸坯内部裂纹极其微小。◆具体的压下量和压下速率与钢种、铸坯断面及生产条件有关。一般情况下，板坯的压下速率为0.55-1.1mm/min，方坯为1.0-1.2mm/min，板坯和方坯的总压下量为3-14mm。

压下率对板坯中心碳平均含量与钢种所要求的碳含量之比的影响小方坯高碳钢（0.7%C)中压下区间对中心偏析的影响4动态轻压下技术的开发与应用

我国钢铁企业已经意识到单纯依靠引进国外动态轻压下技术是不能长久，开始进行自主研发。近几年国内的一些企业与院校合作，进行了动态轻压下工艺控制技术自主开发与应用，取得了突破。

梅钢于2006年6月在2＃板坯铸机上成功上线应用了自主开发的工艺控制模型系统，攀钢于2008年3月在2＃国产大方坯铸机上成功应用了自主开发动态轻压下技术。均取得了良好的应用效果和经济效益。

图动态轻压下控制模型的建模过程动态二冷和动态轻压下控制模型准确的实时温度场计算是动态二冷控制实现的前提条件，准确的在线凝固末端位置预测是动态轻压下实现的必要条件，将直接影响轻压下效果的好坏。

实时温度场计算及二冷动态控制模型的建立

◆结合设备参数、生产数据建立温度场离线凝固模型；

◆通过反复计算修正，确定传热系数、边界条件、基本水量等实时温度场计算模型所须参数；

◆采用动态跟踪小单元方法建立实时温度场计算模型；

◆建立基本水量模型和目标温度控制水量模型；

◆利用调试数据和实验数据修正动态控制模型参数；

◆建立动态—静态复合二冷控制系统。

图实时温度场计算及二冷控制模型的建模过程建立板坯凝固的二维传热微分方程模型建模及分析方法：采用内节点法进行非均匀网格划分，并用控制容积法对微分方程进行离散。结晶器边界条件用瞬时热流进行处理，根据经验系数，把辊子导热折算到二冷换热系数中。采用温度回升法对凝固潜热进行处理。比热及固相率：凝固潜热：

其中固相率为：

采用热线性膨胀法来计算密度：导热系数：边界条件：结晶器中热流密度：二冷区热流密度：二冷区的平均传热系数：凝固潜热：对包晶钢而言，补偿温度为：其它参数：水的比热：二冷水温度：环境温度：波尔兹曼常数：黑度

经过反复计算比较得出稳态条件下温度场及两相区分布和稳态模型参数。建立特殊情况，如开浇、停浇的修正模型，对其可调参数进行优化处理。最终推导出各种生产条件下符合铸机条件的关键参数。实时温度场计算模型

实时温度场计算模型可以在非稳态浇注条件下实时计算铸坯温度场，在线预测两相区位置及形状，实现铸坯温度控制。计算流线上动态小单元温度场是实现实时温度场计算的核心思想。图

铸坯在拉速方向上的离散化和一个跟踪单元的温度曲线

对于每一个跟踪单元，温度值可以用它在中心处的温度分布来表示。针对每一个跟踪单元的温度场分布，都可以用一维非稳态热传输方程解出：

实验表明，若液相或固相末端距中心线预测出现5mm的偏差，则得到的液相线与固相线末端位置就有可能出现30cm的偏差。当空间步长△x内计算得到温度跨度与液相线或固相线温度超过±0.1℃的偏差，缩小步长至△x/2，相应调整参数，重新计算并判断，直到偏差小于±0.1℃。动态二冷控制模型

基本水量：根据给定拉速和过热度由离线模型给出：第i区全部小单元的初始过热度平均值。：t时刻第i区内铸坯的平均拉速：结晶器液面到单元所在回路起止位置的距离：x位置处的跟踪单元在t时刻的“寿命”。

Gi:第i区的温度控制增益；

Ti:第i区的表面平均温度；

Tiaim:第i区的表面目标温度。

根据温度差值计算的温度控制水量：

利用动态－静态复合控制系统，即能够保证在非稳态浇注条件下温度场及二冷水计算的实时性，又能够保证实际生产的稳定性。

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动态—静态复合控制系统结构图动态二冷控制程序的架构与实现

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程序架构图

实时温度场及二冷水计算程序通过现场环境模拟各种浇注条件及浇注变化，主程序进行实时计算，给出模拟条件下的温度场及两相区信息。当作为系统二级服务器应用于在线控制时，用通讯进程替代现场环境模拟，通过共享内存交互现场数据和计算设定值，将两相区信息传送给动态轻压下模型，并将过程数据显示在二级控制系统界面上。图实时温度场计算趋势图包晶钢、拉速1.5m/min、浇注温度1536℃、结晶器宽度1.32m、结晶器厚度222.0mm图实时温度场计算趋势图包晶钢、拉速1.0m/min、浇注温度1558℃、结晶器宽度1.018m、结晶器厚度222.0mm图

动态配水表包晶钢、拉速1.5m/min、浇注温度1536℃、结晶器宽度1.32m、结晶器厚度222.0mm图水量趋势图包晶钢、拉速1.6m/min、浇注温度1558℃、结晶器宽度1.018m、结晶器厚度222.0mm动态轻压下控制模型连铸板坯轻压下压下模型