·1676 工程科学学报.第43卷，第12期 2.1.7W形凝固终点形状预测与控制技术 100 针对目前连铸坯生产过程中普遍存在的W形 凝固终点进行研究.如图l8(a)所示为实际生产的 90 87.34 85.72 有W形凝固状况铸坯，这种不均匀凝固终点的形 81.87 79.58 成对铸坯内部质量有很大影响.通过输入实际产 80 551 生的边界条件，喷水的不均匀会造成这类凝固状 207 150 198 180 70 237 183 54 231 188 况，如图18b)示.通过模拟能够预测传统二冷水 分布存在问题.通过测温实验和喷嘴特性研究，给 出合理的边界条件，优化压下和二冷工艺参数，应 60 Jan Feb Mar Apr May 用三维动态配水模型，对喷嘴分布、型号和安装方 Time 式进行优化设计，然后在国内L厂进行实验并取 图19投用前(14月)和投用后(5月)裂纹试枪合格率 得了较好的效果，如图18(c)、18(d所示，W形凝 Fig.19 Cracking rate before and after using the model 固终点消除 1.5 16 7.0 14 a) (b) 12 8 5.0 6 4 4 0 Before using the model After using the model (c) (d) 35 活带需 .....Yof2016....-￥of202 Time 图20模型投用前后裂纹发生率统计 Fig.20 Crack rate before and after using the model 表3模型上线前后轧后缺陷率统计 Table 3 Crack rate before and after using the model 图18W形凝固终点形状预测与控制.()凝固终点W形：(b)W形 Low-alloyed statistics of Hot-rolled plate statistics of 模型预测：(c)W形消除：(d)W形模型消除 the crack after rolling/% the crack after rolling/% Fig.18 Prediction and control of W-shape at the end of solidification: Before use After use Before use After use (a)W-shape at the end of solidification;(b)model prediction of W-shape (c)elimination of W-shape;(d)model elimination of W-shape 0.92 0.38 0.78 0.3 0.95 0.46 0.75 0.28 2.2三维二冷动态配水与精准压下模型效果评价 0.93 0.37 0.71 0.19 分别于国内A厂、B厂、L厂、Y厂投用三维 二冷动态配水与精准压下模型，其中A厂三维二 多为C0.5~C1.0.偏析缺陷试验对比样品如图21 冷动态模型投入使用后，裂纹试枪合格率由 所示，可以看到应用该模型后偏析缺陷明显改善 79.58%提高到95.74%，提高了16.16%，如图19所 在Y厂进行了二冷水调整试验与测温试验.模型 示.B厂4号机投用前后，超高强钢和裂纹发生率 调整应用后分别在最后3个段出口采用红外热成 如图20所示，由图20可知模型投入后，该厂裂纹 像仪测量各段出口温度，调整前后模型计算温度 发生率和封锁率分别从5.77%和10.23%改善到 与实测值如图22所示，由图22可知，铸坯表面实 4.61%和5.53%.裂纹发生率和封锁率最低为3.88% 测结果与模型计算结果基本吻合，验证了模型的 和3.77%.铸坯质量得到有效改善 准确性，水量调整后，二冷区下部铸坯表面温度适 L厂三维动态配水与轻压下软件于全钢种上 当调高，矫直段温度由870℃提高至900℃，避开 线前、后各一个季度统计的铸坯轧后缺陷率如表3 了第三脆性区，有效减轻了表面裂纹，改善了铸坯 所示：模型上线前，典型355类钢种铸坯的中心偏 质量.Y厂三维动态配水与轻压下软件全钢种投 析评级多为C1.0~C1.5级，上线投用后偏析评级 用前、后一个季度，中心偏析评级C0.5~C1.0的比2.1.7 W 形凝固终点形状预测与控制技术 针对目前连铸坯生产过程中普遍存在的 W 形 凝固终点进行研究. 如图 18(a) 所示为实际生产的 有 W 形凝固状况铸坯，这种不均匀凝固终点的形 成对铸坯内部质量有很大影响. 通过输入实际产 生的边界条件，喷水的不均匀会造成这类凝固状 况，如图 18(b) 示. 通过模拟能够预测传统二冷水 分布存在问题. 通过测温实验和喷嘴特性研究，给 出合理的边界条件，优化压下和二冷工艺参数，应 用三维动态配水模型，对喷嘴分布、型号和安装方 式进行优化设计，然后在国内 L 厂进行实验并取 得了较好的效果，如图 18(c)、18(d) 所示，W 形凝 固终点消除. 1514 1463 1403 1343 1283 1223 1163 1103 1043 983 923 863 803 743 683 1514 1463 1403 1343 1283 1223 1163 1103 1043 983 923 863 803 743 683 T/℃ T/℃ (a) (c) (b) (d) 图 18 W 形凝固终点形状预测与控制. （a）凝固终点 W 形；（b）W 形 模型预测；（c）W 形消除；（d）W 形模型消除 Fig.18 Prediction and control of W-shape at the end of solidification: (a) W-shape at the end of solidification; (b) model prediction of W-shape; (c) elimination of W-shape; (d) model elimination of W-shape 2.2    三维二冷动态配水与精准压下模型效果评价 分别于国内 A 厂、B 厂、L 厂、Y 厂投用三维 二冷动态配水与精准压下模型，其中 A 厂三维二 冷 动 态 模 型 投 入 使 用 后 ， 裂 纹 试 枪 合 格 率 由 79.58% 提高到 95.74%，提高了 16.16%，如图 19 所 示. B 厂 4 号机投用前后，超高强钢和裂纹发生率 如图 20 所示，由图 20 可知模型投入后，该厂裂纹 发生率和封锁率分别从 5.77% 和 10.23% 改善到 4.61% 和 5.53%. 裂纹发生率和封锁率最低为 3.88% 和 3.77%. 铸坯质量得到有效改善. L 厂三维动态配水与轻压下软件于全钢种上 线前、后各一个季度统计的铸坯轧后缺陷率如表 3 所示：模型上线前，典型 355 类钢种铸坯的中心偏 析评级多为 C1.0～C1.5 级，上线投用后偏析评级 多为 C0.5～C1.0. 偏析缺陷试验对比样品如图 21 所示，可以看到应用该模型后偏析缺陷明显改善. 在 Y 厂进行了二冷水调整试验与测温试验. 模型 调整应用后分别在最后 3 个段出口采用红外热成 像仪测量各段出口温度，调整前后模型计算温度 与实测值如图 22 所示，由图 22 可知，铸坯表面实 测结果与模型计算结果基本吻合，验证了模型的 准确性，水量调整后，二冷区下部铸坯表面温度适 当调高，矫直段温度由 870 ℃ 提高至 900 ℃，避开 了第三脆性区，有效减轻了表面裂纹，改善了铸坯 质量. Y 厂三维动态配水与轻压下软件全钢种投 用前、后一个季度，中心偏析评级 C0.5～C1.0 的比 100 90 80 Test passing rate/ % 70 60 Time Jan Feb Mar Apr May 87.34 81.87 79.58 85.72 Before using the model After using the model 207 237 150 183 121 154 198 231 180 188 95.74 图 19 投用前（1~4 月）和投用后（5 月）裂纹试枪合格率 Fig.19 Cracking rate before and after using the model 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 Blocking rate of high strengh steel/ % 16 14 Cracking rate of high strenght steel/ % 12 10 8 6 4 2 0 Before using the model Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Time Year of 2016 Year of 2017 Step Oct Nov Dec Jan Feb After using the model 图 20 模型投用前后裂纹发生率统计 Fig.20 Crack rate before and after using the model 表 3 模型上线前后轧后缺陷率统计 Table 3 Crack rate before and after using the model Low-alloyed statistics of the crack after rolling/ % Hot-rolled plate statistics of the crack after rolling/ % Before use After use Before use After use 0.92 0.38 0.78 0.3 0.95 0.46 0.75 0.28 0.93 0.37 0.71 0.19 · 1676 · 工程科学学报，第 43 卷，第 12 期