安航航等：板坯连铸异钢种连浇混浇坯长度及成分变化模型的开发及应用 1657 data.Mixed behaviors in the tundish and strand were tracked using the model under various mixing conditions.In addition,the length and the composition change law of the intermixed slab can be precisely predicted.The effect of casting speed and the remaining molten steel in the tundish on length and the composition change law of the intermixed slab were studied by the model.As the casting speed remains unchanged,the intermixed-slab length increases with more remaining molten steel in the tundish.While the mass of remaining molten steel in the tundish keeps unchanged,the intermixed slab length decreases with more casting speed.In comparison,the remaining molten steel in the tundish has a larger effect on the intermixed slab length than the casting speed.As the mass of the remaining molten steel in the tundish increases with constant casting speed,the rate at which the mass fraction of C changes from 0.16%to 0.18%slows down;While the mass of remaining molten steel in the tundish keeps unchanged,the rate at which the mass fraction of C changes from 0.16%to 0.18%accelerates with an increase in the casting speed.Reducing the mass of the residual molten steel in the tundish and increasing the casting speed in the strand is beneficial for the reduction in the length of the intermixed slab and element composition variation rate.Moreover,the strategy of lowering the liquid level in the tundish and increasing the casting speed simultaneously can be adopted to decrease the intermixed slab length to the greatest extent KEY WORDS grade transition process;mixing prediction model;slab continuous casting;length of intermixed slab;composition change law 针对日益竞争激烈的钢铁市场，企业用户合 不同铸机异钢种混浇过程的实用模型.国内研究 同呈现小批量、多品种和多规格等特点，工序生产 者将中间包及铸流内钢液的混合过程描述为分段 中集批和交叉增加.连铸异钢种混浇技术可以很 线性模型，预测异钢种混浇过程中的混浇坯成分 好地满足以上需求，在保证生产连续性和稳定的 变化42)，基于纯数学方法的分段线性模型具有 同时，显著提高生产效率并降低成本，有效增强市 很广的适应性，可以描述任何可能的混合变化过 场的竞争力，为企业创造可观的经济效益，目前已 程，但由于模型自身不存在任何物理意义，无法适 成为大多数钢铁企业的重要选择刃同一浇次连 应不同的铸机. 铸机中间包上进行不同钢种的多炉连浇，由于钢 针对目前连铸异钢种连浇过程混浇模型对混 种成分的差异，不可避免产生混浇坯.另外与正常 浇起始位置及混浇坯长度精确预测以及模型适应 铸坯相比，洁净度有较大的差异，如若无法精确判 性较差的情况，本文以单流板坯连铸机异钢种混 定混交坯，对后续轧材的性能会带来较大的影响4副 浇过程为研究对象，建立连铸异钢种连浇中间包 对企业而言，要求最大程度缩短混浇时间且减少 及结晶器内钢液混合过程的物理模型：基于物理 判废的混浇坯长度.为了优化混浇工艺以使混浇 模型开发了板坯连铸异钢种连浇过程混浇坯长度 坯长度最小，准确预测不同连铸工况下异钢种连 及成分变化模型.对于国内某钢厂单流板坯连铸 浇过程混浇坯的起始位置及成分变化等参数具有 机220mm×1560mm断面Q235和O335Ti钢的混 十分重要的意义？0] 浇过程，开展中间包及结晶器相关的水模型试验 国内外学者进行了大量的研究.常用的方法 并结合数值模拟确定混浇模型的关键参数：通过 是结合水模型与数值模拟进行异钢种混浇过程的 工业现场进行混浇试验，对混浇定尺铸坯取样分 试验，或者开展工业试验，采用回归或者差值方法 析典型元素质量分数，与混浇模型计算预测的元 建立混浇坯预测模型，预测混浇坯长度及成分变 素质量分数进行对比，以验证模型预测成分的准 化-20另外考虑中间包内钢液的混合及拉速的 确性，通过验证的混浇坯长度及成分变化模型可 影响，建立三维瞬态数值模拟模型四.Huang和 准确地预测混浇坯长度以及成分变化，并判断混 Thomas2通过建立异钢种连铸混浇过程结晶器 浇坯和正常坯的交接位置.由于模型具有明显的 及铸流上钢液三维湍流及一维混合的数学模型， 物理意义，可更准确地预测混浇坯的起始位置、终 研究异钢种混浇过程混浇坯成分的变化规律，模 止位置以及成分变化，精确地判断混浇坯和正常 型考虑到根据不同中间包及铸流状况定义的8个 坯的交接位置.基于验证的模型重点研究了单流 重要参数，可适应不同的连铸机，但为了调整8个 板坯连铸异钢种连浇过程中间包内剩余钢液质量 重要参数需进行大量的试验；在Huang和Thomas 及拉速对混浇坯长度以及成分变化的影响规律， 研究的基础上，Cho和Kim)考虑异钢种连浇过 为优化连铸过程异钢种混浇的工艺以减少混浇坯 程中间包及铸流内钢液的混合，建立了可以预测 长度提出切实有效的措施data. Mixed behaviors in the tundish and strand were tracked using the model under various mixing conditions. In addition, the length and the composition change law of the intermixed slab can be precisely predicted. The effect of casting speed and the remaining molten steel in the tundish on length and the composition change law of the intermixed slab were studied by the model. As the casting speed remains unchanged, the intermixed-slab length increases with more remaining molten steel in the tundish. While the mass of remaining molten steel in the tundish keeps unchanged, the intermixed slab length decreases with more casting speed. In comparison, the remaining molten steel in the tundish has a larger effect on the intermixed slab length than the casting speed. As the mass of the remaining molten steel in the tundish increases with constant casting speed, the rate at which the mass fraction of C changes from 0.16% to 0.18% slows down; While the mass of remaining molten steel in the tundish keeps unchanged, the rate at which the mass fraction of C changes from 0.16% to 0.18% accelerates with an increase in the casting speed. Reducing the mass of the residual molten steel in the tundish and increasing the casting speed in the strand is beneficial for the reduction in the length of the intermixed slab and element composition variation rate. Moreover, the strategy of lowering the liquid level in the tundish and increasing the casting speed simultaneously can be adopted to decrease the intermixed slab length to the greatest extent. KEY  WORDS    grade  transition  process； mixing  prediction  model； slab  continuous  casting； length  of  intermixed  slab； composition change law 针对日益竞争激烈的钢铁市场，企业用户合 同呈现小批量、多品种和多规格等特点，工序生产 中集批和交叉增加. 连铸异钢种混浇技术可以很 好地满足以上需求，在保证生产连续性和稳定的 同时，显著提高生产效率并降低成本，有效增强市 场的竞争力，为企业创造可观的经济效益，目前已 成为大多数钢铁企业的重要选择[1–3] . 同一浇次连 铸机中间包上进行不同钢种的多炉连浇，由于钢 种成分的差异，不可避免产生混浇坯. 另外与正常 铸坯相比，洁净度有较大的差异，如若无法精确判 定混交坯，对后续轧材的性能会带来较大的影响[4–8] . 对企业而言，要求最大程度缩短混浇时间且减少 判废的混浇坯长度. 为了优化混浇工艺以使混浇 坯长度最小，准确预测不同连铸工况下异钢种连 浇过程混浇坯的起始位置及成分变化等参数具有 十分重要的意义[9–10] . 国内外学者进行了大量的研究. 常用的方法 是结合水模型与数值模拟进行异钢种混浇过程的 试验，或者开展工业试验，采用回归或者差值方法 建立混浇坯预测模型，预测混浇坯长度及成分变 化[11–20] . 另外考虑中间包内钢液的混合及拉速的 影响，建立三维瞬态数值模拟模型[21] . Huang 和 Thomas [22] 通过建立异钢种连铸混浇过程结晶器 及铸流上钢液三维湍流及一维混合的数学模型， 研究异钢种混浇过程混浇坯成分的变化规律，模 型考虑到根据不同中间包及铸流状况定义的 8 个 重要参数，可适应不同的连铸机，但为了调整 8 个 重要参数需进行大量的试验；在 Huang 和 Thomas 研究的基础上，Cho 和 Kim[23] 考虑异钢种连浇过 程中间包及铸流内钢液的混合，建立了可以预测 不同铸机异钢种混浇过程的实用模型. 国内研究 者将中间包及铸流内钢液的混合过程描述为分段 线性模型，预测异钢种混浇过程中的混浇坯成分 变化[24– 25] ，基于纯数学方法的分段线性模型具有 很广的适应性，可以描述任何可能的混合变化过 程，但由于模型自身不存在任何物理意义，无法适 应不同的铸机. 针对目前连铸异钢种连浇过程混浇模型对混 浇起始位置及混浇坯长度精确预测以及模型适应 性较差的情况，本文以单流板坯连铸机异钢种混 浇过程为研究对象，建立连铸异钢种连浇中间包 及结晶器内钢液混合过程的物理模型；基于物理 模型开发了板坯连铸异钢种连浇过程混浇坯长度 及成分变化模型. 对于国内某钢厂单流板坯连铸 机 220 mm×1560 mm 断面 Q235 和 Q335Ti 钢的混 浇过程，开展中间包及结晶器相关的水模型试验 并结合数值模拟确定混浇模型的关键参数；通过 工业现场进行混浇试验，对混浇定尺铸坯取样分 析典型元素质量分数，与混浇模型计算预测的元 素质量分数进行对比，以验证模型预测成分的准 确性. 通过验证的混浇坯长度及成分变化模型可 准确地预测混浇坯长度以及成分变化，并判断混 浇坯和正常坯的交接位置. 由于模型具有明显的 物理意义，可更准确地预测混浇坯的起始位置、终 止位置以及成分变化，精确地判断混浇坯和正常 坯的交接位置. 基于验证的模型重点研究了单流 板坯连铸异钢种连浇过程中间包内剩余钢液质量 及拉速对混浇坯长度以及成分变化的影响规律， 为优化连铸过程异钢种混浇的工艺以减少混浇坯 长度提出切实有效的措施. 安航航等： 板坯连铸异钢种连浇混浇坯长度及成分变化模型的开发及应用 · 1657 ·