連鑄是鋼鐵流程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，連鑄坯質(zhì)量也成為影響鋼材質(zhì)量的重要因素。微合金化鋼、中碳合金鋼鑄坯普遍存在表面橫裂紋及角橫裂紋等問題，中碳合金鋼、高碳鋼的中心偏析、中心縮孔及中心疏松也是普遍存在的問題；表面橫裂紋及角橫裂紋問題的主要因素有彎曲、矯直半徑，對(duì)弧、對(duì)中精度，二冷水量、壓下工藝等；而鑄坯的中心偏析、中心縮孔、中心疏松與對(duì)弧、對(duì)中精度、鑄機(jī)弧半徑，二冷及壓下工藝有關(guān)。鑄機(jī)投產(chǎn)后，其彎曲矯直半徑已經(jīng)確定，無法改變；鑄機(jī)對(duì)弧、對(duì)中精度屬于設(shè)備管理問題，各廠都很重視，均有各自的檢修標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管理，盡管如此，上述兩類缺陷也時(shí)有發(fā)生。

控制上述質(zhì)量缺陷的更為有效的手段是二冷及壓下工藝。本研究開始時(shí)，甚至目前，大多數(shù)鋼廠連鑄二冷采用靜態(tài)配水或舊式的動(dòng)態(tài)配水技術(shù)，存在以下問題：

1、靜態(tài)配水二冷的冷卻水量?jī)H與拉速有關(guān)，存在非穩(wěn)態(tài)狀況下鑄坯熱滯后問題，非穩(wěn)態(tài)鑄坯表面溫度波動(dòng)過大；

2、傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)配水技術(shù)是二維模型，容納不了復(fù)雜的邊界條件，而連鑄機(jī)冷卻水量在鑄坯寬度方向分布呈不均勻狀態(tài)，二維模型無法考慮這一狀況；

3、具有幅切功能的鑄機(jī)，邊部的冷卻水量是通過中心的冷卻水量乘以一修正系數(shù)，修正系數(shù)憑經(jīng)驗(yàn)來定；

4、連鑄坯表面橫裂紋，角橫裂紋發(fā)生率冬季明顯高于夏季，首罐鋼明顯高于其他罐鋼，傳統(tǒng)的二冷工藝沒有考慮季節(jié)、澆注周期配水對(duì)鑄坯表面質(zhì)量的影響。

對(duì)于鑄坯中心偏析、中心縮孔、中心疏松問題采用的有效辦法是輕壓下技術(shù)，輕壓下技術(shù)里兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)是壓下位置和壓下量。目前，輕壓下技術(shù)存在以下問題：

1、這兩個(gè)參數(shù)普遍認(rèn)為由實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定，有些資料給出采用數(shù)學(xué)模型計(jì)算溶質(zhì)分布，然后對(duì)需要壓下的溶質(zhì)分布的區(qū)間進(jìn)行壓下，該方法基本處于理論研究階段，壓下量基本由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)確定，全國(guó)范圍內(nèi)幾乎所有鋼廠的總壓下量都是6mm，且不隨鋼種變化。輕壓下設(shè)定壓下起始、結(jié)束的固相率，一般VAI壓下工藝是鑄坯從固相率0.3-0.95，其固相率范圍一般不隨鋼種變化，同時(shí)鑄坯固相率范圍大經(jīng)常造成鑄坯的壓下區(qū)間較長(zhǎng)，通常壓下區(qū)間為兩個(gè)扇形段或三個(gè)扇形段，有時(shí)甚至四個(gè)，壓下效果不夠理想。

2、輕壓下工藝的另一個(gè)問題是非穩(wěn)態(tài)壓下過程，非穩(wěn)態(tài)是拉速波動(dòng)的狀態(tài)，普遍采用的壓下方式是模型計(jì)算壓下起始點(diǎn)、結(jié)束點(diǎn)位置，只要兩個(gè)位置變化，立即參與控制，造成壓下位置壓下量波動(dòng)頻繁。此外，在拉速降低到0.5以下，切換成手動(dòng)模式，然后按開澆方式重新投入壓下模式，造成很長(zhǎng)一段鑄坯未被壓下，這段鑄坯的偏析、疏松級(jí)別較重。

針對(duì)上述問題，本研究從連鑄坯主要缺陷入手，提出相應(yīng)技術(shù)措施，減少上述鑄坯的缺陷，提高鑄坯質(zhì)量。本技術(shù)早在2004年就開始研發(fā)，先后與鞍鋼、寶鋼、梅山鋼廠、南鋼等企業(yè)合作，逐步形成新一代連鑄二次冷卻及可控壓下關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)施在線應(yīng)用，取得了良好效果。

為了改善微合金化鋼、中碳合金鋼鑄坯普遍存在表面橫裂紋及角橫裂紋，中碳合金鋼、高碳鋼的中心偏析、中心縮孔及中心疏松等問題，北京科技大學(xué)張炯明教授團(tuán)隊(duì)相繼開發(fā)了新一代三維動(dòng)態(tài)配水及可控壓下軟件、復(fù)雜邊界條件確定技術(shù)、雙目標(biāo)溫度設(shè)定技術(shù)、壓下量及壓下位置確定技術(shù)、精確可控單段壓下技術(shù)、連鑄非穩(wěn)態(tài)壓下技術(shù)、新一代連鑄二次冷卻及可控壓下關(guān)鍵技術(shù)數(shù)據(jù)庫、異鋼種混合澆注二次冷卻及壓下技術(shù)、W形凝固終點(diǎn)形狀預(yù)測(cè)與控制技術(shù)等九項(xiàng)技術(shù)，并將該九項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的集成，從而形成了新一代連鑄二冷及可控壓下關(guān)鍵技術(shù)。

1、首次開發(fā)出在線使用的新一代三維動(dòng)態(tài)配水軟件，全面準(zhǔn)確模擬連鑄過程中鋼水凝固傳熱過程；通過不同季節(jié)、澆注周期測(cè)溫和噴嘴噴水量分布測(cè)定，對(duì)換熱系數(shù)進(jìn)行了修正，確定了更為接近實(shí)際二次冷卻的復(fù)雜邊界條件。

2、開發(fā)了雙目標(biāo)溫度確定技術(shù)，對(duì)鑄坯表面中心和邊部分別設(shè)定目標(biāo)溫度，使邊部水量給定的更為合理，并配合二次冷卻噴嘴優(yōu)化及幅切工藝等，減輕了凝固終點(diǎn)W形的程度，減少了鑄坯三角區(qū)裂紋，改善了鑄坯寬度1/4處的鑄坯質(zhì)量。

3、開發(fā)了精準(zhǔn)可控單段壓下技術(shù)，提出了壓下起始或結(jié)束位置固相率的確定方法,V型偏析開始形成位置或中心線附近負(fù)偏析開始形成位置作為壓下起始點(diǎn)，島狀偏析形成位置作為壓下結(jié)束點(diǎn)，通過反向計(jì)算確定拉速，準(zhǔn)確地將壓下區(qū)間控制在單一扇形段內(nèi)。

4、根據(jù)各鋼種碳含量確定其凝固過程中的相轉(zhuǎn)變路徑，進(jìn)而給出了考慮相變的鋼種熱物性參數(shù)，建立流動(dòng)、傳熱、凝固耦合傳熱方程，修正液態(tài)鋼的導(dǎo)熱系數(shù)，建立了連鑄二次冷卻及可控壓下關(guān)鍵技術(shù)的數(shù)據(jù)庫。

新一代連鑄二次冷卻及可控壓下關(guān)鍵技術(shù)擁有三維動(dòng)態(tài)配水模型、實(shí)現(xiàn)精確的可控單段壓下、鑄坯中心和邊部雙目標(biāo)溫度控制技術(shù)、新型二冷及壓下數(shù)據(jù)庫、異鋼種混澆配水和壓下等多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，并且自動(dòng)化程度高、對(duì)于鑄坯的內(nèi)部和外部質(zhì)量能夠有巨大提升。先后在鞍鋼、五礦營(yíng)口中板、唐山不銹鋼、柳鋼、寶鋼等企業(yè)連鑄機(jī)上應(yīng)用。應(yīng)用該技術(shù)后，各大鋼廠微合金化鋼及中碳合金鋼鑄坯角部橫裂紋顯著減輕，中碳鋼、中碳合金鋼及高碳鋼鑄坯中心偏析、縮孔及疏松明顯減輕，提高了鑄坯質(zhì)量、改善了生產(chǎn)順行，提高了熱送熱裝比率、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益，近三年共創(chuàng)直接經(jīng)濟(jì)效益近1.6億元人民幣。

項(xiàng)目開展期間，團(tuán)隊(duì)在國(guó)內(nèi)外冶金主流期刊發(fā)表了與本項(xiàng)目相關(guān)的學(xué)術(shù)論文60余篇，多次在國(guó)內(nèi)外冶金、材料學(xué)術(shù)會(huì)議上作了與本項(xiàng)目相關(guān)的學(xué)術(shù)報(bào)告，與國(guó)內(nèi)外同行進(jìn)行了深入的學(xué)術(shù)交流。項(xiàng)目開展前后，相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)申請(qǐng)了發(fā)明專利（申請(qǐng)14項(xiàng)、授權(quán)11項(xiàng)）。經(jīng)專家鑒定，該項(xiàng)成果整體達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。