针对常规板坯高拉速连铸面临漏钢、裂纹、偏析等一系列安全与质量难题，研究开发了基于大数据的高精度液位控制、高效均匀传热曲面结晶器、超高调节比二冷动态控制、凝固末端超强冷却、液芯强制凝固等一系列技术，为常规板坯的高拉速全面实施提供了系统解决方案和技术保障。

围绕宝武集团梅钢传统板坯连铸机，基于结晶器液位控制与控流技术，结合自主研发的高通量浸入式水口，实现高拉速连铸下降低主流股浸入深度、增加弯月面温度、降低凝固表皮区域凝固勾深度、改善保护渣润滑效果、提高气泡与非金属夹杂上浮去除效果，防止高拉速连铸控流效果不佳而造成的卷渣、皮下缺陷、纵裂等缺陷以及漏钢事故的发生（图1）。提出了超高调节比二冷动态控制技术，联合喷嘴设备供应商研发了调节比1:4的全水喷嘴和调节比1:20的气雾喷嘴，确保高拉速连铸结晶器足辊段以及弯曲段高强度冷却，抑制了前期的不均匀冷却对凝固形貌的不利影响。通过模拟研究以确定最佳的结晶器振动等各项工艺参数与高拉速保护渣的理化性质相配合，达到弯月面区域稳定的传热以及提高渣耗和润滑能力的目的，满足高拉速板坯连铸稳定生产需求，实现了梅钢2#板坯1100mm×230mm无电磁制动情况下低碳钢连铸2.0m/min拉速的稳定运行。

针对鞍钢朝阳钢铁中薄板坯连铸机高拉速连铸液芯过长，超出连铸机长度的难题，创新研发出了中薄板坯连铸机密排超强冷却扇形段及其动态、内外弧差异化供水控制系统，并首次实施了6、7段水平段超强冷以强制液芯凝固的新技术，满足了150mm厚度铸坯在3.0m/min条件下液芯不出连铸机的高拉速生产要求（铸机长度24.22m）。

在展宽比1.1-2.8的宽厚板轧制过程中，钢板边部常产生45-100mm宽的边线裂纹缺陷，已成为制约宽厚板高质、绿色制备的行业共性技术难题。为此，针对宽厚板边线裂纹形成机理及其控制开展了深入研究。

首先，研究分析了宽厚板边部形貌及其金相组织特点，在此基础上构建宽厚板轧制过程热/力耦合有限元计算模型，阐明了不同厚度规格展宽比条件下宽厚板轧制和连铸坯窄面形状对中间坯边部金属流变和形貌演变的影响规律，揭示宽厚板边线裂纹的形成机理。其次，基于该边线裂纹形成机理，提出了通过窄面凹形连铸坯轧制控制边线裂纹的新思想。即通过将连铸坯窄面设计呈一定内凹深度的凹形坯，以减少中间坯轧制过程窄面翻转至钢板边部的量，从而大幅降低宽厚板轧制过程边线裂纹产生的宽度。再次，建立结晶器凝固多物理场耦合仿真数学模型，定量探明铸坯在窄面凸透镜形结晶器及其腰鼓形足辊条件下的凝固行为规律，研发形成了凸透镜形结晶器及其配套连铸工艺。在此基础上，开展新结晶器工业化应用研究，最终实现宽厚板边线裂纹控制的目标。

鞍钢4300mm宽厚板产线在2.01展宽比、成品钢板厚度22mm条件下，与用传统窄面平面形结晶器生产的连铸坯相比，采用窄面凸透镜形结晶器生产的连铸坯，经过轧制后其宽厚板边部裂纹的分布范围单侧缩减超过75mm，均控制在距钢板边部20mm以内。

集中跟踪统计近10万吨不同钢种及其展宽比轧制的宽厚板边线裂纹宽度，结果显示采用凸透镜形结晶器生产的连铸坯在展宽比>2.0条件下轧制的宽厚板的单侧边线裂纹宽度均<20mm，宽厚板成材率最高可提升4.0%。该技术已在鞍钢炼钢总厂、鞍钢鲅鱼圈、山钢莱钢、营口中板、唐山中厚板等企业应用，稳定制备出了厚度250mm、280mm、300mm表面质量合格的窄面凹形板坯，结晶器使用寿命超10万吨通钢量。

针对大/厚规格铸坯偏析、疏松和缩孔凝固缺陷严重的问题，从理论、工艺、装备等方面入手，研发了适用于我国“一线多产”的连续、动态下关键工艺与装备技术，即在铸坯凝固末端及完全凝固后实施大变形压下，充分利用内热外冷高达500℃的温差，实现压下量向铸坯心部的高效传递，以达到充分改善偏析疏松、闭合凝固缩孔的效果，从根本上解决采用连铸坯批量生产高端特厚板/大规格型棒材的技术难题。

3.1 本钢特钢方坯连铸产线建设

在本钢特钢升级改造过程中，东北大学和中冶南方联合设计了两台方坯连铸机，其中430mm×510mm断面大方坯连铸机（1#机）是我国自主设计的首台采用平辊连续实施凝固末端重压下的方坯连铸机，其单机架最大压下量达15mm，总压下量达40mm，并搭载东北大学自主研发的连铸坯凝固末端压下与动态二冷过程控制系统。铸机投产后铸坯中心疏松与偏析≤0.5级比例均达到95%，处于国际领先水平，形成Φ150mm大规格高端轴承棒材供货能力，生产的大规格轴承钢、齿轮钢等质量优异，已成功应用于风力发电、高铁动车等重大装备，切实推动了本钢特钢产品结构调整与升级转型发展。

3.2 湘钢450mm特厚板坯连铸机工艺与控制系统整体升级

针对湘钢450mm厚板坯连铸机进行了凝固末端压下与二冷工艺、控制系统整体升级。系统设计研发了不同断面规格、钢种相关的凝固末端压下与冷却工艺，应用了基于数字孪生的过程控制系统，将现有手动/静态控制升级为动态控制，实现了整浇次工艺全自动投用和铸机设备状态监控评判。目前已在450mm、350mm等多个断面稳定投用，生产铸坯质量大幅上升，低合金、海工船舶、建筑等品种中心偏析C类1.5级比例≥90%，模具钢、耐磨钢等高合金钢中心偏析C类1.0级比例≥80%，实现100mm以上厚板探伤合格率98.5%。生产的产品成功应用于液化天然气运输船、大型集装箱船、俄罗斯YAMAL项目、泰国石油ZAWTIKAL项目等重大工程。

3.3 济源钢铁中/大方坯连铸机

在三台方坯连铸机实施了凝固末端压下技术。其中400mm×500mm断面大方坯连铸机（5#机）生产的齿轮钢、轴承钢连铸坯中心碳偏析0.94-1.07比例由50%提升至90%，320mm×360mm断面大方坯连铸机（6#机）生产的齿轮钢连铸坯中心碳偏析合格率由66%提升至92%。此外，架构了基于数字孪生的连铸关键工艺仿真系统，协同采用二冷、电磁搅拌等工艺实现全部产线铸坯中心疏松均≤1.5级，中心缩孔均≤1.5级，中间裂纹均≤1.0级，成功助力企业产品结构升级调整。目前该公司生产的高端棒材广泛应用于装备制造、轨道交通、新能源等行业。

3.4 鞍钢鲅鱼圈钢铁分公司300mm厚板坯连铸机

首次设计应用了适用于宽厚板坯非均匀凝固特征的渐变曲率凸型辊，在不升级主体装备的基础上，实现单段压下量7.4mm的突破（实施前≤3mm），大幅改善了凝固末端偏析与疏松缺陷。技术全面投用后，生产的管线钢、模具钢等高端厚板产品中心偏析C级率由不足50%提升至75%，中心疏松≤0.5级比例提升至100%，消除了中间裂纹缺陷，大幅提升了铸坯及轧材产品质量和成材率。生产的大壁厚管线钢已应用于中俄东线、西气东输等国家重大工程，有力提升鞍钢产品的核心竞争力。

连铸凝固末端压下技术在上述钢企的应用效果见图2。

基于上述研究成果，2023年度发表学术论文33篇，获授权专利16项，新申请专利/软著29项，出版教材1部；获全国创新争先奖一项，入选万人计划青年拔尖人才1人，获辽宁省成果转化大赛一等奖，辽宁省高校教师教学创新大赛二等奖。与宝武、鞍钢等多家企业保持紧密合作，并与韩国现代钢铁达成进一步合作意向。