连铸过程中钢液初始凝固与弯月面处热力学行为的基础研究

As the key part of the continuous casting, the thermodynamic behaviors of the mold will determine the final quality of the slab. When the molten steel steps into mold from SEN and contacts with the liquid slag and mold hot wall, the meniscus will form and begin to solidify. Therefore, the solidification of the meniscus is significant important to the slab quality, as it is the initial slab surface growth spot and forms the final surface. Meanwhile, the slab surface is the nucleation place for all kinds of surface defects, like oscillation marks, transverse cracks and inclusions, etc. Consequently, the thermodynamic behaviors of meniscus will affect the slab surface quality and the bulk solidification of steel extremely. This project will apply advanced mold simulator technology to simulate the complex thermal behaviors of meniscus during the initial solidification of steel, and study the inter-relationship between the thermodynamics of meniscus and steel initial solidification. Then a relationship model of continuous casting parameters (oscillation, casting speed)-mold slag system (crystallization, melting, composition)-mold system (coating, cooling)-meniscus thermodynamic behaviors-initial solidification-slab surface quality will be developed. The study will explore advanced technology and methods for the initial solidification optimization and slab quality improvement.

结晶器作为连铸体系的核心部分，其内在的热动力学行为将决定铸坯的最终质量。当钢液进入结晶器与其热面初始接触，便开始形成弯月面及初始凝固。钢液在弯月面的初始凝固对于连铸坯的质量来说极其重要，因为它既是凝固坯壳的生长点，将形成最终的铸坯表面，同时它也是各种表面缺陷的孕育地。因此弯月面的热力学行为对于铸坯的表面质量以及随后的主体凝固来说至关重要；其与钢液初始凝固是相互关联相互影响的。本项目首先利用先进的结晶器高温热模拟体系对钢液初始凝固过程中结晶器弯月面处复杂的传热、传质行为进行热模拟，进而对弯月面处热力学具体行为以及其与钢液初始凝固及铸坯表面质量的相互关系进行研究；从而建立连铸工艺参数体系（振动、拉速）- - 保护渣体系（熔化、结晶、组份等）-结晶器体系（镀层、冷却条件）-弯月面处热力学行为-钢液初始凝固- - 铸坯表面质量的关系模型。探索优化钢液初始凝固及提高铸坯质量和效率的理论依据和技术措施。

连铸坯表面缺陷起源于结晶器内铸坯初始凝固阶段。有表面缺陷的铸坯在进入轧钢工序前需要表面清理，如果表面缺陷不能被去除，那么缺陷会遗传到最终轧钢产品上。准确了解铸坯表面缺陷产生机理，才能为实际生产提出消除/减轻表面缺陷的方法。结晶器内发生的复杂、高温、多相、瞬时的物理化学变化，制约了对铸坯表面缺陷形成机理的研究。本项目采用结晶器钢液凝固装置（Mold Simulator），红外高温发射、测试系统（Infrared Emitter）和单/双热电偶系统（DHTT），对连铸结晶器内初始凝固现象进行热物理实验研究。主要进展及创新点有：1. 通过Mold Simulator对连铸结晶器内弯月面处复杂的热力学行为进行热物理实验模拟，揭示了连铸工艺条件-钢液初始凝固-弯月面处热力学的相互关系。2. 研究了结晶器与铸坯之间保护渣结晶动力学过程；揭示了保护渣的结晶、凝固、相变、熔化对钢液初始凝固过程中弯月面处传热、传质的影响以及与铸坯表面质量的关系。3. 研究了连铸过程中钢液初始凝固行为。建立了结晶器参数、保护渣体系、连铸工艺参数、弯月面处热力学行为与铸坯表面质量的相互关系模型。4.研究控制和优化弯月面处钢液初始凝固热力学行为的方法，建立了优化钢液凝固过程提高铸坯质量的新方法。.期间发表学术论文21篇，其中SCI 收录21篇，其中冶金领域顶级期刊MMTB 17篇、ISIJ International 2篇、以及Metal Materials International 1篇；申请国家发明专利15项，其中授权7项；；注册软件1项。国际会议的特邀报告14个。培养已毕业博士生2人，已毕业硕士生6人。