本研究从连铸坯主要缺陷入手，提出相应技术措施，减少上述铸坯的缺陷，提高铸坯质量。本技术早在2004年就开始研发，先后与鞍钢、宝钢、梅山钢厂、南钢等企业合作，逐步形成新一代连铸二次冷却及可控压下关键技术，实施在线应用，取得了良好效果。

轧件表面裂纹问题一直伴随着连铸技术的发展，铸坯表面一旦开裂，情况轻的需要精整、增加工序和成本，严重的则产生废品，造成严重损失。为了解决此问题，采用铸坯快速冷却防裂纹技术，快速冷却使铸坯表面发生铁素体、珠光体转变，随着相变进行奥氏体晶界迁移C、N化物被保留在铁素体晶内，强化了晶界，随后立刻热装热送，可有效避免轧后裂纹。

钢铁工业产品线中热连轧、中厚板、连铸坯、棒材、冷轧板带等生产线具有复杂性、多变性等特点，其产品的质量好坏直接影响到生产 效率和企业效益。针对这种高温、高速、人工检测效率极低、工人强度大安全性难移保证等众多关键问题，我们开发钢铁工业非接触的、高速、高精度在线质量检测关键技术具有非常重要的现实意义。 该技术给出了基于机器视觉的高温高速成像，复杂背景缺陷库及模型建立，并行计算系统等关键技术的成套钢铁工业视觉检测方案，通过工业摄像机获取到的大量钢板图像数据，经过并行计算机系统综合计算、分析，使用深度学习卷积神经网络方法建立缺陷数据识别模型，这样在生产过程中若再次出现同类缺陷类型时实现将同类缺陷抓拍并检测识别出来，从而实现质量自动分析及缺陷报警。 应用该技术可以对钢铁工业板带钢生产减少废品率，减少开卷次数，减少翻板次数，降低工人劳动强度，改善工人质检作业环境，实现在线质量检测的同时可整体提高产线生产效率。从实际应用上看，可大幅度减少由于批量质量问题产生的损失，该技术已推广到多个热连轧、中厚板、连铸坯、棒材、退火酸洗等生产线应用，据有些客户热轧、中厚板钢厂使用该技术后实际数据对比可知，每年整体产生1000万以上的价值。

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。

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。

硫除了在易切削钢中能起到积极作用外，作为有害元素必须在冶炼过程中去除。为了得到表面质量高的连铸坯，避免铸坯产生内部裂纹，要求普通钢中的含硫量小于0.02%；为了使结构钢具有均匀的力学性能，减少各向异性，要求钢中的硫含量小于0.01%；为了使石油和天然气输送管道、石油精炼设备用钢、海上采油平台用钢、低温用钢、厚船板钢和航空用钢等具有抗氢致裂纹性能、更均匀的力学性能和更高的冲击韧性，硅钢具有良好的导磁性，薄板钢具有优良的深冲击性能等，要求钢中的硫含量小于0.005%（甚至小于0.002%～0.001%）。 要求以低硫含量钢水为条件的连铸技术的迅速发展，使得目前大多数钢种都要求平均含硫量在0.015%以下，对某些超纯净钢硫的含量要求降到0.001%。传统的高炉-转炉工艺难以满足连铸工艺发展的需要。铁水预处理工艺也显得日益重要。

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。

金属凝固过程热模拟技术属于物理模拟方法范畴，它以能够反映连铸坯、铸锭或铸件凝固过程与组织的最小单元（即“特征单元”）作为实验热模拟的关键要素，离线再现特征单元在实际生产条件下凝固的基本条件，形成了基于特征单元的以点见面的金属凝固过程热模拟原创技术。该技术成功地将生产条件下数吨重铸件、数十吨连铸坯以及数百吨铸锭的凝固过程“浓缩”到实验室，用数百克（铸件和连铸坯）和数十千克（大型铸锭）金属进行研究。基于特征单元热相似原理，开发出连铸坯、大铸锭、双辊薄带和热裂纹等一系列生产条件下金属凝固过程热模拟实验装置，为认识生产条件下金属凝固过程的基础科学问题提供了原创性实验手段。

本成果针对铁路高速化和重载化发展背景下带来的安全化和长寿化问题，开发了高速和重载钢轨用钢洁净化、均质化和细晶化相关冶金关键技术，为高速轨和重载轨性能提升和安全性提供保障。主要创新点为： （1）基于硅铁和硅钙钡合金中铝和钙元素的洁净度水平，开发了硅钙钡-硅铁合金精准化高效复合脱氧技术，将高速轨和重载轨用钢中总氧含量降低至6.1 ppm的领先水平，显著提升钢轨洁净度。 （2）开发了高洁净钢轨钢中非金属夹杂物精准成分控制技术，突破性提出了非金属夹杂物半液态化的精准成分控制策略，并通过精炼渣和合金成分的协同控制、钢包软吹过程强吹氩搅拌，实现了钢液中大颗粒低熔点非金属夹杂物的有效上浮去除，将大尺寸非金属夹杂物引起的钢轨探伤不合格率降低至0.1%。 （3）开发了大方坯结晶器弱电磁搅拌和末端轻压下协同均质化技术，打破了结晶器强电磁搅拌改善连铸坯元素偏析的传统认识，解决了高速轨和重载轨用钢的大方坯中心偏析和1/4偏析的关键难题，钢轨偏析率降低至1.03%。 （4）开发了高均匀钢轨钢连铸坯控温缓冷技术，首次构建钢轨用钢连铸坯控温缓冷平台，将钢中氢元素的大幅度极限脱除至0.6ppm，有效防止氢致缺陷的产生。 （5）开发了稀土处理钢轨钢性能提升集成关键技术，采用稀土铁合金的稀土加入工艺提升了稀土收得率，显著细化非金属夹杂物尺寸和凝固组织，提升钢轨的综合性能，实现了稀土钢轨的规模化生产。 该成果出版学术专著4部，已获授权专利14项，发表学术论文47篇。该成果实现了包钢高速钢轨和重载钢轨的洁净化和均质化生产，促进了我国铁路钢轨的安全化和长寿化发展，产品广泛应用于“京雄高铁”为代表的高速铁路和“大秦线”为代表的重载铁路，经济效益和社会效益巨大，具有良好的应用前景。

钢的均质化问题已成为质量提升的技术瓶颈，控制凝固过程是实现均质化的最重要环节。细化金属凝固组织是实现凝固均质化的最有效手段，许多有色金属可以通过化学法（变质处理、添加形核剂等）获得理想的凝固组织，但是钢铁材料一直缺乏便捷有效的细晶技术。 PMO-EMS组合调控高均质化矩形坯连铸技术根据脉冲磁致振荡（PMO）和电磁搅拌（EMS）技术特点，创新性提出综合利用PMO促进形核并形成结晶雨和EMS的搅拌作用，将PMO形成的结晶雨均匀分布于铸坯心部，从而大幅提高铸坯均质化效果及其稳定性。PMO-EMS组合调控高均质化矩形坯连铸技术处理的220×260矩形坯均质化水平显著优于未处理铸坯，GCr15轴承钢、20CrMnTi齿轮钢和ZTM-S2高碳工具钢等轴晶率均明显增加，铸坯中心碳偏析指数不高于1.04。PMO-EMS组合调控高均质化矩形坯连铸技术可应用于矩形坯、方坯和圆坯连铸，特别适用于品种多、批量小，且对质量要求高的特殊钢连铸坯的生产。对连铸坯凝固组织及宏观偏析有显著且稳定的改善效果，优于末端电磁搅拌和轻压下技术。该技术推广应用将极大地提高钢铁产品品质和竞争力，具有巨大价值。