1連鑄技術的進步

　　1.1中間包技術進步

　　1.1.1中間包鋼水溫度控制

　　鋼包中的鋼水注入中間包后，通過塞棒或滑板機構從水口流入結晶器。中間包內的鋼水溫度控制對作業穩定性、提高成坯率和鑄坯質量具有很大作用。為此，開發出等離子加熱和感應加熱的中間包鋼水溫度控制方法。此外還有結合雙槍等離子加熱法，對中間包堰的形狀進行優化設計。雙槍等離子加熱不需要浸入式電極，可適應高生產效率的要求。

　　1.1.2去除夾雜物提高潔凈度

　　中間包鋼水氧化污染的主要原因是鋼水的空氣氧化。其他原因還有，鋼包鋼渣的流入、鋼水與中間包耐火材料內襯發生反應等。為減少中間包鋼水的氧化污染，推進了與鋼水不發生反應的中間包保護渣和吸收氧化鋁保護渣的使用，并采取Ar氣保護以及使用鋼包浸入式長水口穩定鋼水和中間包大型化等措施。

　　為實現節能、降低耐火材料消耗并提高鋼水潔凈度，實施了中間包熱循環使用操作法。在澆注結束后將中間包立起，把包內的熔渣和殘鐵全部倒掉，然后不用預熱繼續使用。有報告報導采用該方法中間包連續澆注560爐鋼水。在用燃氣對中間包進行加熱時，為防止罐內殘鐵氧化，采用了H2和N2混合氣體的還原性氣體加熱方法。

　　中間包的結構設計取得了很大進步，利用熱流體計算和水模型解析，對中間包形狀、擋墻數量、位置進行了優化設計，提高了去除夾雜物的能力。此外，還開發出對鋼包流入中間包的鋼水實施電磁攪拌，利用電磁力使夾雜物聚集上浮排除從而降低夾雜物含量的方法。高碳軸承鋼等潔凈度要求高的鋼種，經LF-RH冶煉、用帶有Ar氣保護和電磁攪拌的中間包進行澆注，防止二次氧化，使鋼的總氧量小于5ppm，并可批量生產。LF爐冶煉的高Al含量TRIP鋼，采用帶有Ar氣保護和電磁攪拌的中間包，可使總氧量保持在5ppm的水平下進行澆注。此外，中間包鋼水夾雜物含量直接測定技術也有了提高。

　　1.2結晶器技術進步

　　1.2.1結晶器浸入式水口夾雜物堵塞防止技術

　　鋼水中的氧化鋁夾雜物附著在結晶器浸入式水口，使水口堵塞。堵塞的夾雜物脫落和鋼水偏流引起結晶器保護渣卷入鋼水，形成鋼的缺陷或造成連鑄中斷，因此防止夾雜物附著在中間包和結晶器水口的接縫、水口滑板、水口端頭等部位是結晶器操作中的重要問題。鋼水流在水口內以1m/s的速度流入結晶器，鋼水流與大氣接觸會發生二次氧化，向水口內吹Ar可防止二次氧化。降低夾雜物含量的方法有LF-RH脫氣精煉提高鋼的潔凈度，和向鋼水中喂Ca線對氧化鋁夾雜物進行變性處理等。實際上，在煉鋼階段已經是高潔凈度的鋼水，在多爐次連澆中，水口也常常發生逐漸堵塞的情況。

　　在適宜的Ca處理條件下，Ca處理對氧化鋁夾雜物變性具有明顯的效果，但Ca的回收率常常發生波動，不適宜的Ca量反而會促進水口堵塞。而水口熔損對鋼水的污染和鈣鋁酸鹽夾雜物本身有時就會成為鋼中的缺陷。所以Ca處理并不是萬能的方法。因此對結晶器浸入式水口夾雜物附著機制和對策進行了深入研究，通過對水口/鋼水界面上化學反應的分析和脫落夾雜物在鋼水中運動軌跡的計算，加深了對夾雜物附著機制的認識。

　　實際對策有：提高水口滑板滑動部位的氣密性、防止鋼水流動引起負壓和從水口滑板滑動部位吹入混有石墨粉的Ar氣防止鋼水氧化等方法。從與鋼水反應和與鋼水的浸潤性方面，對結晶器浸入式水口的材質也進行了多次改進。采用的改進方法有，利用無硅氧化鋁石墨、氧化鎂、白云石、氧化鋯石灰、鈦酸鹽石灰等耐火材料將氧化鋁溶解或吸收，從而防止氧化鋁夾雜物附著的方法。使用硅酸鋁質水口，使硅酸鋁質耐火材料與鋼水反應生成液態氧化物相，提高鋼水的浸潤性，從而防止夾雜物附著等方法。

　　1.2.2防止漏鋼和鑄坯縱裂的初期凝固均勻化技術

　　提高連鑄速度是提高連鑄生產效率最有效的手段，為此進行了大量的研究開發工作。在結晶器方面采取的措施有：采用均勻強冷卻結晶器薄壁銅板、利用非正弦高頻短沖程振動促進保護渣膜的潤滑作用、使用熔融性均勻流入性良好的結晶器保護渣、使用多孔浸入式水口控制浸入深度、使用窄面多錐度結晶器提高鑄坯質量、利用結晶器熱電偶散熱監控漏鋼預報系統防止漏鋼等。在二冷區采取的措施有：大通量散熱、二冷輥間距不等化、液面高精度控制、電磁制動抑制鋼液流股等。通過這些措施減少了漏鋼和鑄坯的非正常鼓肚。

　　結晶器保護渣投入在鋼水液面上，被鋼水熔化浮在鋼水表面。其作用是，降低鋼水的熱輻射損失和在結晶器振動過程中進入凝固殼與結晶器間隙內，通過潤滑作用防止鑄坯與結晶器發生熱粘結。保護渣在鋼水凝固起點彎月面的厚度約為1mm，在彎月面以下形成幾百納米厚的渣膜起絕熱層的作用。

　　在包晶鋼連鑄時，由于鋼水在凝固后立即進行δ-γ相變，體積收縮。在鑄坯寬度方向上產生很小的不均勻凝固，凝固殼發生局部變形，形成幾十納米的氣隙，導致散熱緩慢，使鑄坯產生縱向裂紋或發生漏鋼。增加保護渣渣膜厚度，降低鑄坯冷卻速度，可以減輕上述現象。保護渣低黏度化、降低連鑄速度、減低振動頻率、增大振幅可以增加渣膜厚度，但這會使生產效率下降和增大鑄坯振痕深度，并成為最終產品的缺陷。因此保護渣的設計方向應是，使熔融的渣膜發揮緩慢冷卻鑄坯的作用，即在玻璃質渣膜上生成固相晶體質渣膜，降低鑄坯的熱輻射。一般是以生成槍晶石相作為固相晶體質渣膜，并對此進行了熱力學穩定性和結晶速度的研究。此外，也有以黃長石相做晶體質渣膜的設計。堿度為1.2-1.4時黏度可達5Pa*s的高堿度高黏度的無氟黃長石相，對防止卷渣是有效的，已經應用在圓鑄坯連鑄中。

　　Al、Ti、Mn等活性元素含量高的鋼種在連鑄中，由于夾雜物析出和鋼水與結晶器保護渣的反應，生成了鈣鋁黃長石和鈣鈦礦等高熔點固相，使潤滑不良，導致連鑄困難。對這個問題進行了許多研究，開發了高Al電工鋼連鑄用結晶器保護渣和高Mn鋼連鑄用結晶器保護渣，使這些難生產的鋼種實現了穩定連鑄。

　　為防止由于氫產生的漏鋼事故，提出了新型結晶器保護渣設計方案。鋼水中H濃度高、連鑄速度快，容易發生漏鋼事故。因此要對鋼水進行真空脫氫處理，并對結晶器保護渣的水分進行嚴格控制。研究結果表明，大氣中的水分溶解在保護渣中，保護渣在結晶器和鑄坯急冷層之間的間隙中冷卻析出氫氣泡，導致散熱不良，這是硅脫氧鋼漏鋼的一個原因。為此，提出了通過控制保護渣中的OH離子溶解度來防止氫氣泡析出的保護渣設計方案，采用這種保護渣使硅脫氧鋼連鑄順行。根據環境保護的要求，對無氟結晶器保護渣進行了開發。研究了無氟條件下Na、B氣化損失機制，由于氣泡是以不溶性ZrO2為核心生成的，所以使ZrO2不飽和化是抑制Na、B氣化損失的有效方法。

　　1.2.3控制結晶器內鋼流、防止卷渣、促進夾雜物上浮

　　進入結晶器的夾雜物一旦到了鋼坯急冷層，就會成為最終產品的缺陷。為降低夾雜物，普遍在結晶器使用了旋轉磁場和靜磁場。在電磁控制方面，從上世紀80年代開發的第1代區域型電磁控制技術，發展到現在的第2代均勻磁場電磁控制技術。

　　結晶器電磁攪拌去除夾雜物的作用不僅表現在單鋼包澆注，而且在連澆換包的接頭部位也有去除夾雜物的作用。此外，通過施加靜磁場對浸入式水口的流股減速，可以縮短異鋼種連鑄的過度區。采用2段式電磁制動抑制鋼水的滲透流股和逆向流動，可以減少夾雜物和保護渣的卷入。利用1T的超強磁場的電磁制動可以更有力地對流股進行控制，提高鋼水凈化效果。

　　電磁軟接觸連鑄技術利用交流磁場中產生的羅侖茲力和焦耳熱降低鑄坯的冷卻速度，制造無振痕的鏡面狀鑄坯。該技術提高鑄坯表面質量的效果已經在實機實驗中得到驗證。圖3是該技術的原理示意，可以預計電磁軟接觸連鑄技術將會實現商業化應用。

　　結晶器電磁場鋼水流動解析技術和設備設計技術有了很大進步。在對鑄流中夾雜物聚集現象的觀察、流體力學解析方法的開發、對中間包和鋼流中夾雜物的聚集現象以及夾雜物進入急冷層行為等方面都取得了進展，并提出了更加定量化的生產指導方案。在浸入式水口流股的穩定性方面進行了許多研究，利用耐火材料葉片、旋轉磁場和靜磁場對流股進行控制等技術。

　　1.3連鑄坯高效生產、高質量化技術

　　1.3.1結晶器下冷卻段夾雜物加速上浮技術

　　在結晶器下設置數米長的垂直段對促進夾雜物上浮是有效的，因此，新建連鑄機帶有垂直冷卻段，老鑄機改造也設置垂直段。利用這種連鑄機并結合電磁攪拌和電磁制動，使夾雜物大大減少，對提高汽車用鋼板等高級鋼的質量有顯著作用。此外，通過基礎性研究對夾雜物析出和聚集行為也有更深入的認識。

　　1.3.2防止鑄坯橫向裂紋技術

　　在弧型連鑄機和立彎式連鑄機的彎曲部和平直部，鑄坯表面會產生拉伸應力。當應變量超過鑄坯的裂紋臨界應變時，就會產生橫向裂紋。在鑄坯冷卻發生γ-α轉變中，如有彎曲應力存在，在γ晶界析出的片狀α上就會出現應力集中，這時在局部區域，即使比較小的應變也可能達到α的臨界應變，導致裂紋的產生。對鋼的成分、應變速度、晶粒直徑與鋼的宏觀臨界應變的關系進行了許多測定和研究。通過對鑄坯和連鑄機支撐輥接觸部位的熱應力、應變進行3維計算，可以更加定量化判斷應變積蓄量是否超過鋼的臨界應變，對鑄坯橫裂產生的機制有了進一步的認識。

　　對橫裂的試驗研究也取得了進展。應力分析結果表明，在鑄坯冷卻發生γ-α轉變過程中，當形成百分之幾的少量薄片狀α時，容易產生應力集中并發生脆化，并且Al、Nb、V和B等促進裂紋生成元素的碳化物、氮化物粒子尺寸小于13nm、并以小于60nm的間距呈列狀在薄片狀α內微細密集析出時，是產生橫裂的最危險狀態。這時如果施加應力，在析出物周圍產生的孔洞互相連接，即形成晶界裂紋。

　　對含Al量較高的TRIP鋼和含Mn量較高的TWIP鋼等新鋼種的彎曲高溫延性數據也進行了測定。開發了防止高裂紋敏感性鋼種產生橫裂的表面冷卻法，該方法是通過在連鑄平直段前對鑄坯進行冷卻和余熱加熱，使鋼發生γ-α-γ相變、逆相變，細化γ晶粒。

　　結晶器振痕的凹下部分空隙能較大程度上阻礙散熱，這里常常形成粗大的γ晶粒。為防止立式小方坯連鑄機生產滲碳鋼時發生橫裂，開發令結晶器高頻短行程振動技術，使振痕凹下處的γ晶粒細化，提高鋼的裂紋臨界應變值，防止橫裂的發生。