上海大学先进凝固技术中心（简称CAST）聚焦冶金工业对凝固过程研究方法的迫切需求，提出基于特征单元热相似性的凝固过程热模拟方法，发明了连铸凝固过程热模拟技术及装备。历时20年，在不断完善连铸凝固过程热模拟技术及装备的同时，发明了异质形核、凝固裂纹和亚快速凝固等热模拟技术及装备，构建了一套比较完整的面向冶金生产工艺流程的凝固热模拟实验系统，实现了生产条件下凝固过程的离线再现。这一成果对认识凝固过程、组织及缺陷形成规律和优化工艺具有重要价值，并为凝固数值模拟提供了简单可靠的实验支撑。

上海大学先进凝固技术中心（简称CAST）经过系统的理论和实验研究，揭示了ECP细化金属凝固组织的机制和条件。热分析和分阶段处理实验表明，ECP通过“电致过冷”促进形核，其作用的最有效时间是形核阶段（图1a）。隔离网实验证实，形核的位置是固液界面附近，晶核在电磁力和重力作用下脱落、漂移、增殖，形成“结晶雨”（图1b），从而细化整个金属熔体。

板坯连铸的实践表明，结晶器内钢水流动在很大程度上影响板坯内夹杂物和气泡的行为，弯月面附近的钢水流动又支配着保护渣熔融、铺展及保护渣的卷吸，决定了铸坯的表面质量。电磁搅拌是利用不同的磁场发生装置，在铸坯周围产生交变磁场，当铸坯中的钢液通过此交变电磁场时，产生感生电流，感生电流又与磁感应强度共同作用产生电磁力推动铸坯内部钢液运动。因此，板坯连铸普遍采用结晶器电磁搅拌，以改变弯月面附近钢水流动方向，促使板坯表层的初生凝固壳前沿钢液的均匀流动，维持坯壳均匀稳定地生长，从而抑制钢液温度分布的偏差，降低凝固滞后的发生率，减小坯壳厚度偏差，成为获得优质铸坯的重要技术手段。

本项目包含以下功能模块，能够实现整个连铸浇钢环节的“少人化、无人化”目标，同时无人化和标准化的操作能够提升连铸浇钢质量，减少质量事故的发生。 1、在受包位布设一台六轴工业级机器人，采用激光视觉加相机视觉的方式实现拆装油缸位的精准识别，从而引导机器人实现大包滑板油缸的自动拆装和介质管道（氩气管、压缩空气管、电磁下渣检测线圈等）的自动插拔； 2、在浇钢位钢结构平台第二层布设一台大臂展工业铸造级六轴主机器人，用以实现大包长水口的自动安装和自动拆卸、自动吹氧引流、自动长水口氩封、自动碗部清理、自动测温、自动取样、自动加中间包保温覆盖剂等主体功能，在浇钢位钢结构平台第三层布设一台辅助用六轴工业机器人，主要配合分拣中间包覆盖剂至主机器人的投放料斗中； 3、此外，该项目采用密封圈自动落料机构实现长水口密封圈的自动落料、采用探头自动拆卸装置实现探头的自动拆卸和取样头的自动切除脱离，采用电磁大包下渣检测实现大包下渣的准确检测和报警，采用结晶器保护渣自动添加装置实现加渣操作的无人化，采用结晶器液位控制系统和自动开浇系统实现中间包的自动开浇操作，采用动态轻压下和凝固末端重压下实现铸坯质量的提升，采用机械手自动喷号系统实现标号作业的无人化。

连铸在钢铁制造流程中具有中心地位，目前我国超过98%的铸坯母材均采用连铸生产。然而，实际生产过程，微合金钢铸坯频发表面裂纹缺陷、大断面铸坯中心偏析与疏松控制不理想，已成为钢铁行业的共性技术难题，制约了高端钢材的高质、高效与绿色化生产。针对该共性技术难题，立足于连铸坯表面组织高塑化控制和高温连铸坯断面逆向温度场分布特性，开发了曲面结晶器及二冷控冷的铸坯表面裂纹控制技术和凝固末端重压下的铸坯高致密均质化技术，从根本上改善/消除铸坯凝固缺陷，实现连铸高效与绿色化生产的关键。 针对微合金钢连铸坯表面裂纹频发难题，立足于微合金钢表层组织析出与组织生长行为，研发形成了基于连铸结晶器角部快冷以弥散化析出碳氮化物和连铸二冷高温区循环相变以超细化晶粒实现凝固组织高塑化的裂纹控制新工艺，并研制出了角部高效传热曲面结晶器和结晶器窄面足辊横向3喷嘴超强控冷装备与工艺技术。 针对大断面连铸坯的中心偏析、疏松等凝固缺陷难题，从理论、工艺、装备等方面入手，研发了适用于我国“一线多产”特点的连续、动态重压下关键工艺与装备技术，形成了以基于溶质非均匀分布“软测量”与压力压下量实时反馈“真检测”的凝固末端位置形貌高精度在线标定、同步控制中心偏析与疏松的两阶段连续重压下工艺、精准控制驱动扭矩提升铸坯心部变形的高效挤压工艺、避免压下裂纹与滞坯风险的实施保障措施等为代表的“准确、高效、稳定”压下的连铸凝固末端重压下集成技术，并开发了宽厚板连铸用增强型紧凑扇形段与大方坯连铸用渐变曲率凸型辊，突破了常规连铸机无法稳定实施大变形压下的装备瓶颈。

热基厚锌层产品，由于基材厚，耐腐蚀时间长，在建筑、能源、交通以及地下管网等领域的应用日益普遍。然而，热基厚镀层镀锌产品经常存在边部斜纹和横向贯穿性条纹等缺陷，严重影响表面质量和耐腐蚀性能。另外，目前国内热镀锌生产线，要么生产大锌花产品，要么生产小锌花或无锌花产品，大小锌花产品调整需要调整锌液成分，周期长，过渡材多，严重影响生产和成材率，是热镀锌生产线的一个共性问题。为了解决上述问题，开发出国内外首套热基材镀锌线小锌花控制装置和移动风冷装置，减轻或消除了厚基材、厚锌层边部斜纹、锌流纹、锌疤等镀锌缺陷，大小锌花产品无需改变锌液成分即可共线生产，极大提高了热镀锌线的产品质量和成材率。 我们开展理论和实验研究，发现边部斜纹或横向贯穿条纹缺陷产生的机理是带钢横向温度不均匀以及镀层冷却速率慢共同作用的结果。由于带钢横向温度存在边部低、中间高的分布，导致镀层边部率先形核长出锌花，同时由于厚基材厚锌层镀层冷却速率慢，导致镀层凝固前沿始终存在液相，为边部斜纹向中间区域的定向生长提供了条件，最终导致斜纹的产生，严重时斜纹生长到带钢中心，即形成贯穿性条纹缺陷。 在气刀上方增加气雾冷却装置，在一条线上生产大、小锌花产品，无需更换锌液成分，过渡材少，成本低，解决锌花大小不均及减少过度材消耗，满足用户对锌花大小及质量需求。喷雾冷却控制锌花大小与锌花质量技术，是利用气体（空气、氮气等）将水雾化，形成细小气雾液滴，对镀锌板表面强制形成对流和液体蒸发（汽化）换热，通过喷嘴位置组合、水量、气流及喷射角度调整，控制气雾液滴尺寸并均匀喷射到镀锌带钢表面进行锌花固化冷却，从而快速完成不同大小锌花冷却固化和均匀性控制。 开发出移动风冷装置，风箱的高度可以调节，克服了传统生产线风箱位置固定，难以及时冷却的缺陷，更好地适应不同带材厚度、不同锌层厚度产品加速冷却的要求，避免了二次中间横纹的产生。通过风箱高度调节和风量控制，配合镀锌工艺相关参数调节，减少或消除了厚基材厚锌层边部斜纹和锌流纹等缺陷，有效提高了厚锌层产品的表面质量。这一技术在国内外首次被应用到热基厚锌层镀锌生产线上，取得了良好的缺陷控制效果。

针对国内板带材生产中能耗高、成材率低、生产效率低的实际情况，以国内典型微合金化钢板带材流程为依托，开发了系统完整的关键工艺与装备技术，包括：1）以倒角结晶器技术为核心，开发了具有优化弧形曲面形状的倒角结晶器和不同结构组合的侧面支撑足辊，有效控制了裂纹敏感性钢种铸坯的角部横裂纹和纵裂纹，使微合金化钢连铸坯表面缺陷率降低到0.5%以下，实现了微合金化钢连铸坯生产由冷态下线切角清理到550℃热装的转变；2）突破微合金化钢铸坯红送裂纹形成机理，开发了连铸坯表面快冷工艺与装备技术，通过铸坯表面快冷，使铸坯表面温度迅速降低至600℃以下，表面层8-10mm厚度铸坯完全实现奥氏体向铁素体转变，有效避免热送过程中红送裂纹的发生，同时，又可保证铸坯芯部900-1000℃的高温，使铸坯断面平均温度达到750℃-800℃，实现了连铸坯由冷装到550℃温装、再到750℃以上高温直装轧制的两个飞跃；3）以连铸坯二次倒角及角部形状优化控制为核心，开发了板带材边直裂或翘皮控制装备和技术，使低碳、超低碳带钢边直裂及翘皮缺陷发生率降低90%以上，使宽厚板边直裂发生位置距离边部小于10mm的比例达到85%以上，提高宽厚板成材率1～2%；4）集成优化了倒角结晶器技术、板带材边直裂控制技术和铸坯表层快冷技术，形成了低成本、高效化板带材绿色制造成套技术，并实现工业化应用。 同时，为了进一步提高铸坯质量和铸机的生产效率，还配套开发了包括凝固末端轻压下技术、高拉速技术、连铸坯热态在线调宽技术、连铸坯质量专家系统、结晶器漏钢预报技术、二冷动态控制技术、中间包快换技术、保护渣系列技术等多种技术作为该集成技术的支撑。上述技术的集成应用，实现了从铸坯到轧材对产品各个环节的质量控制，提高了钢的成材率、节约了能源消耗、大幅缩短了生产时间，减少了钢厂的车间场地和资金占用，其生产线关键技术指标达到国际领先。

电渣重电熔钢组织和性能优异，应用于各类高端装备制造领域。但传统电渣重熔技术耗能高、氟污染重、生产效率低，产品质量差无法满足高端装备的材料需求。东北大学特殊钢冶金课题组提出了电渣重熔过程“洁净度控制”和“均质化凝固”2个原创性理论，形成了高洁净高均质电渣重熔成套技术与装备、特厚板坯和特大型钢锭电渣重熔技术、半连续电渣重熔实心和空心钢锭的成套技术及装备、电渣重熔过程节电和除氟技术等原创新技术，开发了系列高端材料，节能减排和提效降本效果显著，实现我国电渣技术“从跟跑、并跑、到领跑”的历史性跨越。 本项目技术可以为企业提供电渣重熔成套装备、工艺和新产品开发整体解决方案。也可以就企业单项技术提供服务。如新建电渣炉、老旧电渣炉升级改造、节能降耗技术、质量提升和新产品开发等。

连铸坯凝固末端大压下技术是基于连铸坯轻压下技术发展而来，适用于大断面连铸坯的新技术。其利用连铸坯芯部温度高和表面温度低的逆向温度场，通过在连铸坯凝固末端施加大压下量/率，消除/减轻连铸坯的中心疏松和缩孔，全面提高铸坯致密度，从而可突破轧制压缩比的严格限定，替代超厚板坯连铸（600mm 厚）、真空复合焊接轧制、模铸等工艺流程，实现低轧制压缩比条件下厚板与大规格型材的稳定生产。 一套铸轧式连铸机凝固末端大压下装置，是由大压下铸轧机（包括大压下辊和辅助夹持辊）、传动系统、液压润滑系统、气水冷却系统、维修更换系统和电气自动化系统组成。其结合了轧机压下形式和扇形段压下形式的优点，在连铸机扇形段区域有限的空间内，主压下采用轧机结构，辅助压下采用扇形段结构，将二者有机地结合为一个易于更换的整体，外形尺寸与其他扇形段一致；可跟踪铸坯的凝固末端位置灵活选择压下位置，并实现了单道次大于20mm的大压下量，铸坯中心应变速率大于0.04s-1，可有效地消除厚连铸坯的中心疏松和缩孔。

该项目属于冶金工程技术领域，是利用多模式磁场净化金属液的电磁冶金新技术。高端金属材料中残留夹杂物和气体对最终产品质量和性能的影响甚大，这类缺陷的控制水平是限制我国相当多的高端金属材料发展的关键技术难题之一。该技术提出多模式定制磁场以去除凝固界面附近的夹杂物和气泡，控制其定向运动，调节熔体流场新作用的基础上；并提出了电磁场控制结晶器内流场的量化综合评价标准体系，为优化多模式定制电磁场设计提供依据，避免电磁力作用导致卷渣吸气和凝固不均等问题的产生；并发明了一整套对合金凝固过程中夹杂物和气泡的新型电磁场控制装备和技术。所生产无氧铜中气体含量仅为世界最先进水平的一半，硬态电导率高达101%IACS，完全替代进口产品，应用于我国大科学装置并实现出口；显著有效改善宝钢高档汽车外板表面质量，钢质不良率降至0.13%，明显优于新日铁技术。