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汽車用合金鋼/中碳鋼大方坯連鑄冷卻控制技術

汽車用合金鋼/中碳鋼大方坯高溫力學性能及斷裂機理研究：(1)進行45、40Cr、40Mn2、42CrMo、20CrMnTi等5個鋼種連鑄坯的高溫熱延性及強度性能實驗及分析；(2)對5個鋼種連鑄坯試樣的斷口形貌進行掃描電鏡分析；(3)研究5個鋼種連鑄坯在不同溫度區間的脆性斷裂機理。汽車用合金鋼/中碳鋼大方連鑄坯凝固過程研究：(1)凝固過程數值模擬，(2)工藝參數對鑄坯凝固過程的影響：①鋼水過熱度、拉坯速度、比水量等對鑄坯凝固過程的影響。②過熱度與拉坯速度的匹配關系、比水量與拉坯速度關系。③鑄坯溫度場與凝固坯殼厚度的變化規律。汽車用合金鋼/中碳鋼大方坯連鑄二冷系統優化研究，結合二冷配水優化計算結果與石鋼連鑄機的實際情況，按照均勻冷卻原則，進行大方坯連鑄二冷系統的優化設計。(1)建立二冷配水模型，得出5個鋼種、2種坯型（300mm×220mm和220mm×180mm）10種工況的二冷區最佳水量分布與最佳拉速的關系。結合過熱度變化對二冷水量影響，建立二冷配水模型：Qi=A×V2+B×V+C+D×(ΔT-25)；(2)優化二冷配水制度；(3)設計合理的二冷系統。汽車用合金鋼/中碳鋼大方連鑄坯冷卻控制軟件研制：(1)運用射釘法測定連鑄坯凝固坯殼厚度，并結合現場測量鑄坯表面溫度，對所建模型進行了雙重驗證。實驗表明，所開發模型具有良好的實用性和可靠性。(2)根據大方坯連鑄凝固傳熱數學模型，應用Borland Delphi 7.0 編程軟件開發大方坯連鑄冷卻控制計算機模擬軟件。該軟件既可以在冷卻水量一定條件下計算鑄坯的溫度場分布，又可以在鑄坯目標表面溫度條件下計算所需冷卻水量，為鑄坯質量精確控制提供重要的依據。項目實施后，鑄坯等軸晶率達30％以上的爐次比提高了36％；鋼材低倍合格率由90.07％提高到98.20%，鑄坯外觀合格率由99.7％提高至99.9％，3年的直接經濟效益1954.73萬元。該項目獲得2006年獲得河北冶金科學技術一等獎。相關研究內容登記計算機軟件：汽車用鋼大方坯連鑄二冷控制計算機模擬軟件（軟著登字第BJ7314）和大方坯結晶器溫度場模擬計算軟件（軟著登字第BJ7373）。本項目對于國內外鋼廠生產連鑄坯質量的改善，具有廣泛的借鑒意義，已推廣至石鋼煉鋼廠轉爐車間的3臺方坯鑄機、萊鋼特鋼大方坯鑄機、興澄特鋼大方坯鑄機、邯鋼三煉鋼新板坯鑄機和新余鋼廠板坯連鑄機上，應用前景廣闊，社會效益顯著。

北京科技大學 2021-04-13

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