CN117644188B - 一种提高超厚板坯质量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种提高超厚板坯质量的方法，涉及炼钢连铸的技术领域。所述方法包括首先进行模拟计算结晶器内的电磁搅拌流场；其次在避免铜管的屏蔽作用的前提下尽可能保证磁场的穿透力，以确定搅拌频率；再次在避免引起液面波动和卷渣的前提下，确定搅拌电流；最后根据搅拌频率和搅拌电流对结晶器内的超厚板坯的熔体进行电磁搅拌，之后浇铸得到超厚板坯。本发明通过对电磁搅拌流场的模拟计算以及在此基础上的通过钢水含碳量C来确定所需的电磁搅拌频率和搅拌电流，所制备的超厚板坯提高了超厚板坯质量，解决了裂纹缺陷和夹杂缺陷，该方法成本低、效率高、影响因素简单、模拟计算结果便捷、适用范围广，利于工业生产实践和推广。
Description
技术领域
本发明涉及炼钢连铸的技术领域，尤其涉及一种提高超厚板坯质量的方法。
背景技术
在炼钢领域中，通常将厚度规格≥450mm，宽度≥2000mm的板坯称为超厚板坯，板坯表面的纵裂纹、横裂纹以及板坯夹杂物是衡量产品综合质量的重要因素。
板坯表面的纵裂纹、横裂纹对板坯质量的影响如下：
在国内首次进行的直弧型超厚板坯连铸生产实践中，发现超厚板坯表面纵裂和横裂纹更加严重。这是由于随着超厚板坯截断面的增加，结晶器内的钢水流动性变差，液面不活跃，尤其是浸入式水口周围的“死区”更严重，“死区”位置传热不均匀所致。
夹杂物对板坯质量的影响如下：
一方面，对表面质量产生影响，严重时出现渣坑甚至卷渣漏钢；另一方面，对内部质量影响更为突出，对于厚度≥450mm的铸坯通常用于轧制厚度＞100mm钢板，对探伤要求较高，夹杂物的存在，尤其是200μm以上的大尺寸夹杂本身就能够成为影响探伤性能的内部缺陷，因此，需要对超厚规格板坯夹杂物实行严格控制。
板坯表面的纵裂纹、横裂纹以及板坯夹杂物的成因，主要在于随着铸坯截断面的增加，结晶器内的钢水流动性变差，液面不活跃，不仅加剧了初生坯壳的不均匀生长使得坯壳厚薄不均形成横向微裂纹发生的应力集中点，而且在弯月面处形成冷钢的几率变大，冷钢与保护渣、中包耐材等结合，易被坯壳捕捉，在铸坯表面形成夹杂，也有相当一部分未被坯壳捕捉到的夹杂物，在拉坯过程中未及时上浮，逐渐互相碰撞长大，进而富集在铸坯厚度方向1/4位置，在轧制过程中，在钢板表面最终形成表面夹杂缺陷(如图1所示)，并影响探伤性能。
并且由于超厚板坯拉速低，在二冷区热应力的作用下，纵向微裂纹会进一步扩展延伸，最终形成较严重的表面纵裂纹缺陷。
例如：中国专利CN110014130A公开了钢连铸结晶器电磁搅拌的控制方法及其控制系统，其中结晶器电磁搅拌的搅拌电流是通过钢水密度ρ、水口出口平均速度Vs、钢水的电导率σ、钢水的磁导率μ、铸坯宽度W、钢水电阻R、钢水阻抗X、铸坯厚度D等工艺参数来确定，不仅影响因素选择多，而且所确定的搅拌电流数值高，耗能大；还需要对电磁搅拌器的位置进行调控，操作过程繁杂，操作难度大。
中国专利CN109165469A公开了方坯连铸结晶器电磁搅拌参数模拟设定及优化方法，其是通过有限元分析软件ANSYS建立磁场模型，得磁场模型并进行优化，获得流场模型并进行优化，获得优化后的磁场模型及流场模型；显然该种方法需要实际进行多次重复试验，且电磁搅拌流场需要根据磁场模型优化不同而进行不同的改变，搅拌频率和搅拌电流对铸坯表面质量和铸坯夹杂物的影响难以预期。
中国专利CN109165469A公开了板坯连铸结晶器流场控制方法，其需要采用特殊的电磁搅拌装置和电磁制动装置结构设置，利用不同的磁场形式、电磁力大小和作用位置，根据连铸过程中的具体情况，精确控制电磁力的作用；装置结构复杂，操作难度大，电磁力的控制需要实时监测连铸过程并根据监测数据进行实时调整，不利于工业生产和推广。
中国专利CN113355600A公开了在线淬火800MPa级工程机械用特厚钢板及其制造方法，其中的合金成分需要量种类多，制备工艺中最后还需要冷却+回火热处理，工序成本高、流程长，且冶炼过程中并未考虑对所制备特厚钢板板坯中的夹杂物进行控制，特别是浇铸过程中的拉速控制更加未考虑，从而使得制备的板坯中夹杂物含量高，表面缺陷较为显著。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是当前的提高连铸铸坯质量的方法虽然有很多，但是这些方法中普遍存在工艺步骤复杂，有些需要热轧制工艺的处理，而提高铸坯表面质量和降低铸坯夹杂物含量的方式虽然也包括了对结晶器的电磁搅拌，但是搅拌频率和搅拌电流获得的方式复杂，操作难度大，需要特殊的结构设置和实时的数据才能实现，模拟计算的数据来源需要范围广，电磁搅拌流场控制难度大；且轧制后还需要冷却和回火热处理来控制夹杂物的分布。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：
一种提高超厚板坯质量的方法，所述提高超厚板坯质量的方法如下所示：
S1、模拟计算结晶器内的电磁搅拌流场；
S2、在S1的基础上避免铜管的屏蔽作用的前提下尽可能保证磁场的穿透力，以确定搅拌频率；
S3、在S2的基础上避免引起液面波动和卷渣的前提下，确定搅拌电流；
S4、根据S2的搅拌频率和S3的搅拌电流对结晶器内超厚板坯的熔体进行电磁搅拌，之后浇铸得到超厚板坯。
优选地，S1中模拟计算结晶器内的电磁搅拌流场通过以下步骤进行：
S11、通过ANSYS有限元软件对EMS电磁场进行计算得到磁感应强度值，所用单元为SOLID117；
S12、将S11计算得出的磁感应强度值插值到耦合计算的网格节点；
S13、利用Fluent软件进行电磁搅拌流场、凝固、电磁场耦合计算钢液流动过程中的传热及凝固。
优选地，S13中瞬态流场计算采用k-e模型，并耦合焓-多孔介质法计算钢液流动过程中的传热及凝固。
优选地，为了改善超厚规格低合金高强度结构钢铸坯表面裂纹，S2中根据钢水含碳量C，在保证磁场穿透力的前提下在高频条件下搅拌；当含碳量为0.08wt％≤C<0.11wt％时，将搅拌频率设定为3Hz；当含碳量为0.11wt％≤C<0.14wt％时，将搅拌频率设定为4Hz；当含碳量为0.14wt％≤C≤0.16wt％时，将搅拌频率设定为5Hz；S3中根据钢水含碳量C、钢种粘度、钢水液面情况，尽可能在较大电流条件下搅拌，将搅拌电流设定为I＝750C+260；式中，I为搅拌电流，C为含碳量。
优选地，为了减少超厚板坯夹杂物，S2中根据钢水含碳量C，在保证磁场穿透力的前提下在高频条件下搅拌；搅拌频率设定为P＝7.4074C+1.5556；式中，P为搅拌频率，C为含碳量；S3中根据钢水含碳量C、钢种粘度、钢水液面情况，尽可能在较大电流条件下搅拌，将搅拌电流设定为I＝92.593C+294.44；式中，I为搅拌电流，C为含碳量。
优选地，S4中超厚板坯的成分按质量百分比计为：C 0.05-0.60wt％，Si0.03-0.40wt％，Mn 1.00-1.55wt％，P≤0.025wt％，S≤0.015wt％，Als0.015-0.035wt％，余量为Fe和不可避免的杂质；S4中超厚板坯厚度大于450mm，宽度大于2000mm；超厚板坯采用的板坯铸机弧的半径为13m，结晶器的尺寸为(450-485)×(2000-2400)×900mm。
优选地，S4中超厚板坯：当结晶器未施加电磁搅拌时，初生坯壳生长不均匀，厚度相差4-14mm；当结晶器施加电磁搅拌时，初生坯壳均匀生长，厚度相差2-6mm。
优选地，为了改善超厚规格低合金高强度结构钢铸坯表面裂纹，S4中超厚板坯的表面横裂纹发生率和表面纵裂纹发生率相比传统方法下降至0.35％以下。
优选地，为了减少超厚板坯夹杂物，S4中超厚板坯的表面夹杂发生率相比传统方法下降至0％，粒径200μm以上大夹杂物的数量至少减少了50％。
优选地，为了观察结晶器电磁搅拌技术对夹杂物的影响，利用电解池原理对S4中超厚板坯的试样进行电解，采用饱和三氯化铁无水乙醇溶液作为电解液，采用不锈钢作为电解池阴极，试样为电解池阳极进行电解。
优选地，试样浸入电解液体积为15mm×15mm×35mm；电解电流为0.2A；电解时长为24h；电解得到的阳极泥利用酒精进行清洗，将溶液中含铁物质吸出，得到夹杂物。
一种将上述的方法应用于探伤性好的特厚钢板的制备方法，通过S1-S4制备得到超厚板坯，之后经过轧制，最终得到探伤性好的特厚钢板。
优选地，S4中特厚板坯的成分按质量百分比计为：C 0.060-0.080％，Si0.10-0.25％，Mn 1.20-1.30％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al 0.015-0.035％，Nb0.010-0.012％，N≤45ppm，H≤1.5ppm，O≤30ppm，余量为Fe及不可避免的杂质。
一种将探伤性好的特厚钢板的制备方法应用在线淬火800MPa级工程机械用特厚钢板的制备方法，该方法包括：钢水冶炼、钢板连铸、钢板加热、钢板轧制、DQ+ACC冷却步骤；
其中，步骤一为钢水冶炼步骤，铁水通过脱硫扒渣，进入转炉冶炼，并经过“LF+RH”进行精炼；转炉出钢温度1650±20℃，LF结束温度1635±10℃，RH结束温度1585±5℃，软吹结束温度1565±5℃，中包温度1538±5℃；过程中，控制各组分含量如下：C：0.050-0.080％，P≤0.015％，S≤0.005％，N≤45ppm，H≤1.5ppm，O≤30ppm；深真空处理时间为15-20min；
步骤二为钢板连铸步骤：LF炉精炼、RH真空处理，结晶器浇铸得到探伤性好的特厚钢板；结晶器中采用电磁搅拌，搅拌频率2Hz，搅拌电流300A；浇铸过程中保持恒拉速，拉速范围0.50m/min，平均过热度20-25℃；动态轻压下增加两相区及固相区压下量，压下速率1.10mm/m，两相区压下量10mm，固相区压下量1mm；
步骤三为钢板加热步骤：采用步进梁式加热炉将钢板分段加热至均热温度1180-1220℃；其中，第一加热段温度950-1050℃，第二加热段温度1050-1150℃，第三加热段温度1150-1200℃，第四加热段均热段温度为1180-1220℃，板坯在炉时间400-420min；
步骤四为钢板轧制步骤：采用再结晶区及非再结晶区分段轧制；再结晶区轧制阶段开始温度≥1050℃，结束温度范围为950-1000℃，再结晶区轧制阶段总压下量为55-70％；非再结晶区轧制阶段开始温度830-850℃，结束温度为800-820℃，且非再结晶区累积压下率≥50％；
步骤五为DQ+ACC冷却步骤：冷却过程开启DQ缝隙集管及ACC高密快冷集管进行冷却，辊道速度0.30-0.33m/min；开始冷却温度780-800℃，终冷温度200-300℃，冷速10-15℃/s。
上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：
上述方案，本发明提供了提高超厚板坯质量的方法，解决了结晶器内钢水流动性变差导致的横裂纹和纵裂纹缺陷增多、被坯壳捕捉夹杂物在弯月面处形成冷钢的几率变大、拉坯过程在铸坯厚度1/4处未被坯壳捕捉到的夹杂物富集等缺陷，在避免液面波动、改善结晶器流场、提高铸坯表面质量等方面具有重要的意义。
本发明通过对电磁搅拌流场的模拟计算，能够在保证磁场穿透力的前提下确定搅拌频率，在避免引起液面波动和卷渣的前提下确定搅拌电流，从而使得超厚板坯在前述工艺参数的基础上进行结晶器电磁搅拌，获得的超厚板坯表面裂纹和铸坯夹杂物缺陷大幅下降，极大地降低了对探伤性能的影响。
本发明对电磁搅拌流场的模拟计算是通过ANSYS有限元软件对EMS电磁场进行计算得到磁感应强度值，将磁感应强度值插值到耦合计算的网格节点，利用Fluent软件进行电磁搅拌流场、凝固、电磁场耦合计算钢液流动过程中的传热及凝固。该种模拟计算方式显然不需要经过多次实验验证模拟计算结果的真实性和准确性，操作简单便捷。
本发明只需要通过钢水含碳量C来确定所需的电磁搅拌频率和搅拌电流，影响因素少，确定方式灵活、高效、精准，可以根据提高铸坯表面质量的不同需求来进行选择，且不需要考虑传统的钢水密度、水口出口平均速度、钢水的电导率、钢水的磁导率、铸坯宽度、钢水电阻、钢水阻抗、铸坯厚度等多重因素的复杂影响。
本发明所制备的超厚板坯：当结晶器未施加电磁搅拌时，初生坯壳生长不均匀，厚度相差4-14mm；当结晶器施加电磁搅拌时，初生坯壳均匀生长，厚度相差2-6mm。
本发明为了改善超厚规格低合金高强度结构钢铸坯表面裂纹，超厚板坯的表面横裂纹发生率和表面纵裂纹发生率相比传统方法下降至0.35％以下；为了减少超厚板坯夹杂物，超厚板坯的表面夹杂发生率相比传统方法下降至0％，粒径200μm以上大夹杂物的数量至少减少了50％。
总之，本发明方法相对于其他传统方法，通过对电磁搅拌流场的模拟计算以及在此基础上的根据提高铸坯表面质量的不同需求来进行选择确定所需的电磁搅拌频率和搅拌电流，所制备的超厚板坯极大地降低了初生坯壳厚度差、表面裂纹发生率和表面夹杂物发生率，该方法成本低、效率高、影响因素简单、模拟计算结果便捷、适用范围广，利于工业生产实践和推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为未采用本发明的一种提高超厚板坯质量的方法中为了改善超厚规格低合金高强度结构钢铸坯表面裂纹的结晶器内横截面的坯壳厚度分布示意图；
图2为本发明的一种提高超厚板坯质量的方法中为了改善超厚规格低合金高强度结构钢铸坯表面裂纹的结晶器内横截面的坯壳厚度分布示意图；
图3为未采用本发明的一种提高超厚板坯质量的方法中为了减少超厚板坯夹杂物的结晶器内横截面的坯壳厚度分布示意图；
图4为本发明的一种提高超厚板坯质量的方法中为了减少超厚板坯夹杂物的结晶器内横截面的坯壳厚度分布示意图；
图5为未采用本发明的一种提高超厚板坯质量的方法中结晶器内钢水的流线图；
图6为本发明的一种提高超厚板坯质量的方法中结晶器内钢水的流线图；
图7为本发明的一种提高超厚板坯质量的方法中为了改善超厚规格低合金高强度结构钢铸坯表面裂纹的碳含量与结晶器含碳量(wt％)-电搅频率(Hz)关系图；
图8为本发明的一种提高超厚板坯质量的方法中为了改善超厚规格低合金高强度结构钢铸坯表面裂纹的碳含量与结晶器含碳量(wt％)-电搅电流(A)关系图；
图9为本发明的一种提高超厚板坯质量的方法中为了减少超厚板坯夹杂物的碳含量与结晶器含碳量(wt％)-电搅频率(Hz)关系图；
图10为本发明的一种提高超厚板坯质量的方法中为了减少超厚板坯夹杂物的碳含量与结晶器含碳量(wt％)-电搅电流(A)关系图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种提高超厚板坯质量的方法，所述提高超厚板坯质量的方法结合图1-10如下所示：
S1、模拟计算结晶器内的电磁搅拌流场；
S2、在S1的基础上避免铜管的屏蔽作用的前提下尽可能保证磁场的穿透力，以确定搅拌频率；
S3、在S2的基础上避免引起液面波动和卷渣的前提下，确定搅拌电流；
S4、根据S2的搅拌频率和S3的搅拌电流对结晶器内的超厚板坯的熔体进行电磁搅拌，之后浇铸得到超厚板坯，如图5和图6对比发现，当结晶器施加电磁搅拌时，可有效促进钢水的流动，使钢水内均匀传热，初生坯壳能够均匀生长。
特别地，S1中模拟计算结晶器内的电磁搅拌流场通过以下步骤进行：
S11、通过ANSYS有限元软件对EMS电磁场进行计算得到磁感应强度值，所用单元为SOLID117；
S12、将S11计算得出的磁感应强度值插值到耦合计算的网格节点；
S13、利用Fluent软件进行电磁搅拌流场、凝固、电磁场耦合计算钢液流动过程中的传热及凝固。
特别地，S13中瞬态流场计算采用k-e模型，并耦合焓-多孔介质法计算钢液流动过程中的传热及凝固。
特别地，为了改善超厚规格低合金高强度结构钢铸坯表面裂纹，S2中根据钢水含碳量C，在保证磁场穿透力的前提下在高频条件下搅拌；如图7所示，当含碳量为0.08wt％≤C<0.11wt％时，将搅拌频率设定为3Hz；当含碳量为0.11wt％≤C<0.14wt％时，将搅拌频率设定为4Hz；当含碳量为0.14wt％≤C≤0.16wt％时，将搅拌频率设定为5Hz；S3中根据钢水含碳量C、钢种粘度、钢水液面情况，尽可能在较大电流条件下搅拌，如图8所示，将搅拌电流设定为I＝750C+260；式中，I为搅拌电流，C为含碳量。
特别地，为了减少超厚板坯夹杂物，S2中根据钢水含碳量C，在保证磁场穿透力的前提下在高频条件下搅拌；如图9所示，搅拌频率设定为P＝7.4074C+1.5556；式中，P为搅拌频率，C为含碳量；S3中根据钢水含碳量C、钢种粘度、钢水液面情况，尽可能在较大电流条件下搅拌，如图10所示，将搅拌电流设定为I＝92.593C+294.44；式中，I为搅拌电流，C为含碳量。
特别地，S4中超厚板坯的成分按质量百分比计为：C 0.05-0.60wt％，Si0.03-0.40wt％，Mn 1.00-1.55wt％，P≤0.025wt％，S≤0.015wt％，Als0.015-0.035wt％，余量为Fe和不可避免的杂质；S4中超厚板坯厚度大于450mm，宽度大于2000mm；超厚板坯采用的板坯铸机弧半径13m，结晶器尺寸为(450-485)×(2000-2400)×900mm。
特别地，如图1-2所示，S4中超厚板坯：当结晶器未施加电磁搅拌时，初生坯壳生长不均匀，厚度相差4-14mm；当结晶器施加电磁搅拌时，初生坯壳均匀生长，厚度相差2-6mm。
特别地，为了改善超厚规格低合金高强度结构钢铸坯表面裂纹，S4中超厚板坯的表面横裂纹发生率和表面纵裂纹发生率相比传统方法下降至0.35％以下。
特别地，为了减少超厚板坯夹杂物，S4中超厚板坯的表面夹杂发生率相比传统方法下降至0％，粒径200μm以上大夹杂物的数量至少减少了50％。
如图3所示，未施加结晶器电磁搅拌，由试样电解得到的夹杂物试图，明显看出直径≥200μm的夹杂物非常多，直径大概在250μm左右，同时存在小尺寸夹杂物，尺寸在50-200μm不等；如图4所示在结晶器内施加电磁搅拌，在保证试样是相同钢种、相同尺寸、浸入电解液体积相同的基础下，试样内夹杂物尺寸相较于不采用结晶器电磁搅拌减小很多，虽然尚且存在粒径≥200μm的夹杂物，但是采用结晶器电磁搅拌之后，粒径200μm以上大夹杂物的数量至少减少了50％，结晶器电磁搅拌有利于夹杂物的去除。
特别地，为了观察结晶器电磁搅拌技术对夹杂物的影响，利用电解池原理对S4中超厚板坯的试样进行电解，采用饱和三氯化铁无水乙醇溶液作为电解液，采用不锈钢作为电解池阴极，试样为电解池阳极进行电解。
特别地，试样浸入电解液体积为15mm×15mm×35mm；电解电流为0.2A；电解时长为24h；电解得到的阳极泥利用酒精进行清洗，将溶液中含铁物质吸出，得到夹杂物。
一种将上述的方法应用于探伤性好的特厚钢板的制备方法，通过S1-S4制备得到超厚板坯，之后经过轧制，最终得到探伤性好的特厚钢板。
特别地，S4中特厚板坯的成分按质量百分比计为：C 0.060-0.080％，Si0.10-0.25％，Mn 1.20-1.30％，P≤0.015％，S≤0.005％，Al 0.015-0.035％，Nb0.010-0.012％，N≤45ppm，H≤1.5ppm，O≤30ppm，余量为Fe及不可避免的杂质。
一种将探伤性好的特厚钢板的制备方法应用在线淬火800MPa级工程机械用特厚钢板的制备方法，该方法包括：钢水冶炼、钢板连铸、钢板加热、钢板轧制、DQ+ACC冷却步骤；
其中，步骤一为钢水冶炼步骤，铁水通过脱硫扒渣，进入转炉冶炼，并经过“LF+RH”进行精炼；转炉出钢温度1650±20℃，LF结束温度1635±10℃，RH结束温度1585±5℃，软吹结束温度1565±5℃，中包温度1538±5℃；过程中，控制各组分含量如下：C：0.050-0.080％，P≤0.015％，S≤0.005％，N≤45ppm，H≤1.5ppm，O≤30ppm；深真空处理时间为15-20min；
步骤二为钢板连铸步骤：LF炉精炼、RH真空处理，结晶器浇铸得到探伤性好的特厚钢板；结晶器中采用电磁搅拌，搅拌频率2Hz，搅拌电流300A；浇铸过程中保持恒拉速，拉速范围0.50m/min，平均过热度20-25℃；动态轻压下增加两相区及固相区压下量，压下速率1.10mm/m，两相区压下量10mm，固相区压下量1mm；
步骤三为钢板加热步骤：采用步进梁式加热炉将钢板分段加热至均热温度1180-1220℃；其中，第一加热段温度950-1050℃，第二加热段温度1050-1150℃，第三加热段温度1150-1200℃，第四加热段均热段温度为1180-1220℃，板坯在炉时间400-420min；
步骤四为钢板轧制步骤：采用再结晶区及非再结晶区分段轧制；再结晶区轧制阶段开始温度≥1050℃，结束温度范围为950-1000℃，再结晶区轧制阶段总压下量为55-70％；非再结晶区轧制阶段开始温度830-850℃，结束温度为800-820℃，且非再结晶区累积压下率≥50％；
步骤五为DQ+ACC冷却步骤：冷却过程开启DQ缝隙集管及ACC高密快冷集管进行冷却，辊道速度0.30-0.33m/min；开始冷却温度780-800℃，终冷温度200-300℃，冷速10-15℃/s。
实施例1
一种提高超厚板坯质量的方法，该方法是为了改善超厚规格低合金高强度结构钢铸坯表面裂纹，超厚板坯的成分按质量百分比计为：C 0.08-0.16wt％，Si 0.15-0.40wt％，Mn 1.40-1.55wt％，P≤0.025wt％，S≤0.005wt％，Als0.015-0.035wt％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述提高超厚板坯质量的方法如下步骤：
S1、模拟计算结晶器内的电磁搅拌流场；
S11、通过ANSYS有限元软件对EMS电磁场进行计算得到磁感应强度值，所用单元为SOLID117；
S12、将S11计算得出的磁感应强度值插值到耦合计算的网格节点；
S13、利用Fluent软件进行电磁搅拌流场、凝固、电磁场耦合计算钢液流动过程中的传热及凝固；瞬态流场计算采用k-e模型，并耦合焓-多孔介质法计算钢液流动过程中的传热及凝固；
S2、在S1的基础上避免铜管的屏蔽作用的前提下尽可能保证磁场的穿透力，以确定搅拌频率；具体方式为：根据钢水含碳量C，在保证磁场穿透力的前提下在高频条件下搅拌；含碳量依次为0.08wt％，故而将搅拌频率设定为3Hz；
S3、在S2的基础上避免引起液面波动和卷渣的前提下，确定搅拌电流；具体方式为：根据钢水含碳量C、钢种粘度、钢水液面情况，尽可能在较大电流条件下搅拌，将搅拌电流设定为I＝750C+260；式中，I为搅拌电流，C为含碳量；含碳量依次为0.08wt％，故而将搅拌电流经过计算分别为320A；
S4、根据S2的搅拌频率和S3的搅拌电流对结晶器内的超厚板坯的熔体进行电磁搅拌，之后浇铸得到超厚板坯；
本实施例制备的超厚板坯的厚度为470mm，宽度为2100mm；
本实施例制备的超厚板坯采用的板坯铸机弧的半径为13m，结晶器的尺寸为470×2100×900mm；
本实施例制备的超厚板坯：当结晶器未施加电磁搅拌时，初生坯壳生长不均匀，厚度相差8mm；当结晶器施加电磁搅拌时，初生坯壳均匀生长，厚度相差6mm。
本实施例制备的超厚板坯的表面横裂纹发生率和表面纵裂纹发生率相比传统方法下降至0.35％以下。
实施例2
一种提高超厚板坯质量的方法，该方法是为了改善超厚规格低合金高强度结构钢铸坯表面裂纹，超厚板坯的成分按质量百分比计为：C 0.08-0.16wt％，Si 0.15-0.40wt％，Mn 1.40-1.55wt％，P≤0.025wt％，S≤0.005wt％，Als0.015-0.035wt％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述提高超厚板坯质量的方法如下步骤：
S1、模拟计算结晶器内的电磁搅拌流场；
S11、通过ANSYS有限元软件对EMS电磁场进行计算得到磁感应强度值，所用单元为SOLID117；
S12、将S11计算得出的磁感应强度值插值到耦合计算的网格节点；
S13、利用Fluent软件进行电磁搅拌流场、凝固、电磁场耦合计算钢液流动过程中的传热及凝固；瞬态流场计算采用k-e模型，并耦合焓-多孔介质法计算钢液流动过程中的传热及凝固；
S2、在S1的基础上避免铜管的屏蔽作用的前提下尽可能保证磁场的穿透力，以确定搅拌频率；具体方式为：根据钢水含碳量C，在保证磁场穿透力的前提下在高频条件下搅拌；含碳量依次为0.11wt％，故而将搅拌频率设定为4Hz；
S3、在S2的基础上避免引起液面波动和卷渣的前提下，确定搅拌电流；具体方式为：根据钢水含碳量C、钢种粘度、钢水液面情况，尽可能在较大电流条件下搅拌，将搅拌电流设定为I＝750C+260；式中，I为搅拌电流，C为含碳量；含碳量依次为0.11wt％，故而将搅拌电流经过计算分别为342.5A；
S4、根据S2的搅拌频率和S3的搅拌电流对结晶器内的超厚板坯的熔体进行电磁搅拌，之后浇铸得到超厚板坯；
本实施例制备的超厚板坯的厚度为485mm，宽度大为2400mm；
本实施例制备的超厚板坯采用的板坯铸机弧的半径为13m，结晶器的尺寸为485×2400×900mm；
本实施例制备的超厚板坯：当结晶器未施加电磁搅拌时，初生坯壳生长不均匀，厚度相差14mm；当结晶器施加电磁搅拌时，初生坯壳均匀生长，厚度相差3.5mm。
本实施例制备的超厚板坯的表面横裂纹发生率和表面纵裂纹发生率相比传统方法下降至0.35％以下。
实施例3
一种提高超厚板坯质量的方法，该方法是为了改善超厚规格低合金高强度结构钢铸坯表面裂纹，超厚板坯的成分按质量百分比计为：C 0.08-0.16wt％，Si 0.15-0.40wt％，Mn 1.40-1.55wt％，P≤0.025wt％，S≤0.005wt％，Als0.015-0.035wt％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述提高超厚板坯质量的方法如下步骤：
S1、模拟计算结晶器内的电磁搅拌流场；
S11、通过ANSYS有限元软件对EMS电磁场进行计算得到磁感应强度值，所用单元为SOLID117；
S12、将S11计算得出的磁感应强度值插值到耦合计算的网格节点；
S13、利用Fluent软件进行电磁搅拌流场、凝固、电磁场耦合计算钢液流动过程中的传热及凝固；瞬态流场计算采用k-e模型，并耦合焓-多孔介质法计算钢液流动过程中的传热及凝固；
S2、在S1的基础上避免铜管的屏蔽作用的前提下尽可能保证磁场的穿透力，以确定搅拌频率；具体方式为：根据钢水含碳量C，在保证磁场穿透力的前提下在高频条件下搅拌；含碳量依次为0.14wt％，故而将搅拌频率设定为5Hz；
S3、在S2的基础上避免引起液面波动和卷渣的前提下，确定搅拌电流；具体方式为：根据钢水含碳量C、钢种粘度、钢水液面情况，尽可能在较大电流条件下搅拌，将搅拌电流设定为I＝750C+260；式中，I为搅拌电流，C为含碳量；含碳量依次为0.14wt％，故而将搅拌电流经过计算分别为365A；
S4、根据S2的搅拌频率和S3的搅拌电流对结晶器内的超厚板坯的熔体进行电磁搅拌，之后浇铸得到超厚板坯；
本实施例制备的超厚板坯的厚度大于475mm，宽度为2050mm；
本实施例制备的超厚板坯采用的板坯铸机弧的半径为13m，结晶器的尺寸为475×2050×900mm；
本实施例制备的超厚板坯：当结晶器未施加电磁搅拌时，初生坯壳生长不均匀，厚度相差10.2mm；当结晶器施加电磁搅拌时，初生坯壳均匀生长，厚度相差2.8mm。
本实施例制备的超厚板坯的表面横裂纹发生率和表面纵裂纹发生率相比传统方法下降至0.35％以下。
实施例4
一种提高超厚板坯质量的方法，该方法是为了改善超厚规格低合金高强度结构钢铸坯表面裂纹，超厚板坯的成分为A572Gr50钢种；所述提高超厚板坯质量的方法如下步骤：
S1、模拟计算结晶器内的电磁搅拌流场；
S11、通过ANSYS有限元软件对EMS电磁场进行计算得到磁感应强度值，所用单元为SOLID117；
S12、将S11计算得出的磁感应强度值插值到耦合计算的网格节点；
S13、利用Fluent软件进行电磁搅拌流场、凝固、电磁场耦合计算钢液流动过程中的传热及凝固；瞬态流场计算采用k-e模型，并耦合焓-多孔介质法计算钢液流动过程中的传热及凝固；
S2、在S1的基础上避免铜管的屏蔽作用的前提下尽可能保证磁场的穿透力，以确定搅拌频率；具体方式为：根据钢水含碳量C，在保证磁场穿透力的前提下在高频条件下搅拌；含碳量依次为0.091wt％，故而将搅拌频率设定为3Hz；
S3、在S2的基础上避免引起液面波动和卷渣的前提下，确定搅拌电流；具体方式为：根据钢水含碳量C、钢种粘度、钢水液面情况，尽可能在较大电流条件下搅拌，将搅拌电流设定为I＝750C+260；式中，I为搅拌电流，C为含碳量；含碳量依次为0.091wt％，故而将搅拌电流经过计算分别为328A；
S4、根据S2的搅拌频率和S3的搅拌电流对结晶器内的超厚板坯的熔体进行电磁搅拌，之后浇铸得到超厚板坯；
本实施例制备的超厚板坯厚度为480mm，宽度为2300mm；
本实施例制备的超厚板坯采用的板坯铸机弧的半径为13m，结晶器的尺寸为480×2300×900mm；
本实施例制备的超厚板坯：当结晶器未施加电磁搅拌时，初生坯壳生长不均匀，厚度相差12.5mm；当结晶器施加电磁搅拌时，初生坯壳均匀生长，厚度相差5.5mm。
本实施例制备的超厚板坯的表面横裂纹发生率由传统的3.9％下降至0.33％。
实施例5
一种提高超厚板坯质量的方法，该方法是为了改善超厚规格低合金高强度结构钢铸坯表面裂纹，超厚板坯的成分为Q690D钢种；所述提高超厚板坯质量的方法如下步骤：
S1、模拟计算结晶器内的电磁搅拌流场；
S11、通过ANSYS有限元软件对EMS电磁场进行计算得到磁感应强度值，所用单元为SOLID117；
S12、将S11计算得出的磁感应强度值插值到耦合计算的网格节点；
S13、利用Fluent软件进行电磁搅拌流场、凝固、电磁场耦合计算钢液流动过程中的传热及凝固；瞬态流场计算采用k-e模型，并耦合焓-多孔介质法计算钢液流动过程中的传热及凝固；
S2、在S1的基础上避免铜管的屏蔽作用的前提下尽可能保证磁场的穿透力，以确定搅拌频率；具体方式为：根据钢水含碳量C，在保证磁场穿透力的前提下在高频条件下搅拌；含碳量依次为0.158wt％，故而将搅拌频率设定为5Hz；
S3、在S2的基础上避免引起液面波动和卷渣的前提下，确定搅拌电流；具体方式为：根据钢水含碳量C、钢种粘度、钢水液面情况，尽可能在较大电流条件下搅拌，将搅拌电流设定为I＝750C+260；式中，I为搅拌电流，C为含碳量；含碳量依次为0.158wt％，故而将搅拌电流经过计算分别为378A；
S4、根据S2的搅拌频率和S3的搅拌电流对结晶器内的超厚板坯的熔体进行电磁搅拌，之后浇铸得到超厚板坯；
本实施例制备的超厚板坯的厚度为465mm，宽度为2050mm；
本实施例制备的超厚板坯采用的板坯铸机弧的半径为13m，结晶器的尺寸为465×2050×900mm；
本实施例制备的超厚板坯：当结晶器未施加电磁搅拌时，初生坯壳生长不均匀，厚度相差8.8mm；当结晶器施加电磁搅拌时，初生坯壳均匀生长，厚度相差2.5mm。
本实施例制备的超厚板坯的表面纵裂纹发生率由5.9％下降至0.31％。
实施例6
一种提高超厚板坯质量的方法，该方法是为了减少超厚板坯夹杂物，超厚板坯的成分按质量百分比计为：C 0.05-0.60wt％，Si 0.03-0.40wt％，Mn1.00-1.55wt％，P≤0.025wt％，S≤0.015wt％，Als 0.015-0.035wt％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述提高超厚板坯质量的方法包括如下步骤：
S1、模拟计算结晶器内的电磁搅拌流场；
S11、通过ANSYS有限元软件对EMS电磁场进行计算得到磁感应强度值，所用单元为SOLID117；
S12、将S11计算得出的磁感应强度值插值到耦合计算的网格节点；
S13、利用Fluent软件进行电磁搅拌流场、凝固、电磁场耦合计算钢液流动过程中的传热及凝固；瞬态流场计算采用k-e模型，并耦合焓-多孔介质法计算钢液流动过程中的传热及凝固；
S2、在S1的基础上避免铜管的屏蔽作用的前提下尽可能保证磁场的穿透力，以确定搅拌频率；具体方式为：搅拌频率设定为P＝7.4074C+1.5556；式中，P为搅拌频率，C为含碳量；含碳量为0.05wt％，故而将搅拌频率经过计算为2Hz；
S3、在S2的基础上避免引起液面波动和卷渣的前提下，确定搅拌电流；具体方式为：根据钢水含碳量C、钢种粘度、钢水液面情况，尽可能在较大电流条件下搅拌，将搅拌电流设定为I＝92.593C+294.44；式中，I为搅拌电流，C为含碳量；含碳量为0.05wt％，故而将搅拌电流经过计算分别为300A；
S4、根据S2的搅拌频率和S3的搅拌电流对结晶器内的超厚板坯的熔体进行电磁搅拌，之后浇铸得到超厚板坯；
本实施例制备的超厚板坯厚度为475mm，宽度为2020mm；
本实施例制备的超厚板坯采用的板坯铸机弧的半径为13m，结晶器的尺寸为475×2020×900mm；
本实施例制备的超厚板坯的表面夹杂发生率相比传统方法下降至0％，粒径200μm以上大夹杂物的数量至少减少了50％。
实施例7
一种提高超厚板坯质量的方法，该方法是为了减少超厚板坯夹杂物，超厚板坯的成分按质量百分比计为：C 0.05-0.60wt％，Si 0.03-0.40wt％，Mn1.00-1.55wt％，P≤0.025wt％，S≤0.015wt％，Als 0.015-0.035wt％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述提高超厚板坯质量的方法包括如下步骤：
S1、模拟计算结晶器内的电磁搅拌流场；
S11、通过ANSYS有限元软件对EMS电磁场进行计算得到磁感应强度值，所用单元为SOLID117；
S12、将S11计算得出的磁感应强度值插值到耦合计算的网格节点；
S13、利用Fluent软件进行电磁搅拌流场、凝固、电磁场耦合计算钢液流动过程中的传热及凝固；瞬态流场计算采用k-e模型，并耦合焓-多孔介质法计算钢液流动过程中的传热及凝固；
S2、在S1的基础上避免铜管的屏蔽作用的前提下尽可能保证磁场的穿透力，以确定搅拌频率；具体方式为：搅拌频率设定为P＝7.4074C+1.5556；式中，P为搅拌频率，C为含碳量；含碳量为0.6wt％，故而将搅拌频率经过计算为6Hz；
S3、在S2的基础上避免引起液面波动和卷渣的前提下，确定搅拌电流；具体方式为：根据钢水含碳量C、钢种粘度、钢水液面情况，尽可能在较大电流条件下搅拌，将搅拌电流设定为I＝92.593C+294.44；式中，I为搅拌电流，C为含碳量；含碳量为0.6wt％，故而将搅拌电流经过计算分别为350A；
S4、根据S2的搅拌频率和S3的搅拌电流对结晶器内的超厚板坯的熔体进行电磁搅拌，之后浇铸得到超厚板坯；
本实施例制备的超厚板坯厚度为485mm，宽度为2400mm；
本实施例制备的超厚板坯采用的板坯铸机弧的半径为13m，结晶器的尺寸为485×2400×900mm；
本实施例制备的超厚板坯的表面夹杂发生率相比传统方法下降至0％，粒径200μm以上大夹杂物的数量至少减少了50％。
实施例8
一种提高超厚板坯质量的方法，该方法是为了减少超厚板坯夹杂物，超厚板坯的成分为Q345钢种，成分按质量百分比计为：C 0.17％，Si 0.223％，Mn0.68％，P 0.021％，S0.004％，Als 0.026％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述提高超厚板坯质量的方法包括如下步骤：
S1、模拟计算结晶器内的电磁搅拌流场；
S11、通过ANSYS有限元软件对EMS电磁场进行计算得到磁感应强度值，所用单元为SOLID117；
S12、将S11计算得出的磁感应强度值插值到耦合计算的网格节点；
S13、利用Fluent软件进行电磁搅拌流场、凝固、电磁场耦合计算钢液流动过程中的传热及凝固；瞬态流场计算采用k-e模型，并耦合焓-多孔介质法计算钢液流动过程中的传热及凝固；
S2、在S1的基础上避免铜管的屏蔽作用的前提下尽可能保证磁场的穿透力，以确定搅拌频率；具体方式为：搅拌频率设定为P＝7.4074C+1.5556；式中，P为搅拌频率，C为含碳量；含碳量为0.17wt％，故而将搅拌频率经过计算为2.8Hz；
S3、在S2的基础上避免引起液面波动和卷渣的前提下，确定搅拌电流；具体方式为：根据钢水含碳量C、钢种粘度、钢水液面情况，尽可能在较大电流条件下搅拌，将搅拌电流设定为I＝92.593C+294.44；式中，I为搅拌电流，C为含碳量；含碳量为0.17wt％，故而将搅拌电流经过计算分别为310A；
S4、根据S2的搅拌频率和S3的搅拌电流对结晶器内的超厚板坯的熔体进行电磁搅拌，之后浇铸得到超厚板坯；
本实施例制备的超厚板坯的厚度为485mm，宽度为2010mm；
本实施例制备的超厚板坯采用的板坯铸机弧的半径为13m，结晶器的尺寸为485×2010×900mm；
本实施例制备的超厚板坯的表面夹杂发生率由0.51％降低至0，粒径200μm以上大夹杂物的数量至少减少了50％，超厚板坯表面夹杂改善效果非常明显。
实施例9
一种提高超厚板坯质量的方法，该方法是为了减少超厚板坯夹杂物，超厚板坯的成分为XG08钢种，成分按质量百分比计为：C 0.064％，Si 0.019％，Mn 0.48％，P 0.013％，S 0.004％，Als 0.018％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述提高超厚板坯质量的方法包括如下步骤：
S1、模拟计算结晶器内的电磁搅拌流场；
S11、通过ANSYS有限元软件对EMS电磁场进行计算得到磁感应强度值，所用单元为SOLID117；
S12、将S11计算得出的磁感应强度值插值到耦合计算的网格节点；
S13、利用Fluent软件进行电磁搅拌流场、凝固、电磁场耦合计算钢液流动过程中的传热及凝固；瞬态流场计算采用k-e模型，并耦合焓-多孔介质法计算钢液流动过程中的传热及凝固；
S2、在S1的基础上避免铜管的屏蔽作用的前提下尽可能保证磁场的穿透力，以确定搅拌频率；具体方式为：搅拌频率设定为P＝7.4074C+1.5556；式中，P为搅拌频率，C为含碳量；含碳量为0.064wt％，故而将搅拌频率经过计算为2Hz；
S3、在S2的基础上避免引起液面波动和卷渣的前提下，确定搅拌电流；具体方式为：根据钢水含碳量C、钢种粘度、钢水液面情况，尽可能在较大电流条件下搅拌，将搅拌电流设定为I＝92.593C+294.44；式中，I为搅拌电流，C为含碳量；含碳量为0.064wt％，故而将搅拌电流经过计算分别为300A；
S4、根据S2的搅拌频率和S3的搅拌电流对结晶器内的超厚板坯的熔体进行电磁搅拌，之后浇铸得到超厚板坯；
本实施例制备的超厚板坯的厚度为451mm，宽度为2400mm；
本实施例制备的超厚板坯采用的板坯铸机弧的半径为13m，结晶器的尺寸为451×2400×900mm；
本实施例制备的超厚板坯的表面夹杂发生率相比传统方法下降至0％，粒径200μm以上大夹杂物的数量减少了57％，超厚板坯夹杂物的改善效果非常明显。
实施例10
一种提高超厚板坯质量的方法，该方法是为了制备探伤性好的特厚钢板，特厚钢板的成分按质量百分比计为：C 0.05-0.60wt％，Si 0.03-0.40wt％，Mn1.00-1.55wt％，P≤0.025wt％，S≤0.015wt％，Als 0.015-0.035wt％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述提高超厚板坯质量的方法包括如下步骤：
S1、模拟计算结晶器内的电磁搅拌流场；
S11、通过ANSYS有限元软件对EMS电磁场进行计算得到磁感应强度值，所用单元为SOLID117；
S12、将S11计算得出的磁感应强度值插值到耦合计算的网格节点；
S13、利用Fluent软件进行电磁搅拌流场、凝固、电磁场耦合计算钢液流动过程中的传热及凝固；瞬态流场计算采用k-e模型，并耦合焓-多孔介质法计算钢液流动过程中的传热及凝固；
S2、在S1的基础上避免铜管的屏蔽作用的前提下尽可能保证磁场的穿透力，以确定搅拌频率；具体方式为：搅拌频率设定为P＝7.4074C+1.5556；式中，P为搅拌频率，C为含碳量；含碳量为0.05wt％，故而将搅拌频率经过计算为2Hz；
S3、在S2的基础上避免引起液面波动和卷渣的前提下，确定搅拌电流；具体方式为：根据钢水含碳量C、钢种粘度、钢水液面情况，尽可能在较大电流条件下搅拌，将搅拌电流设定为I＝92.593C+294.44；式中，I为搅拌电流，C为含碳量；含碳量为0.05wt％，故而将搅拌电流经过计算分别为300A；
S4、根据S2的搅拌频率和S3的搅拌电流对结晶器内的特厚钢板的熔体进行电磁搅拌，之后浇铸得到特厚板坯；
最后，将S4的特厚板坯经过轧制，最终得到探伤性好的特厚钢板。
本实施例制备的特厚板坯的厚度为453mm，宽度为2080mm。
本实施例制备的特厚板坯采用的板坯铸机弧的半径为13m，结晶器的尺寸为453×2080×900mm。
本实施例制备的特厚钢板的厚度为90mm，宽度为4400mm，表面夹杂发生率相比传统方法下降至0％，粒径200μm以上大夹杂物的数量至少减少了50％；钢板探伤结果满足IV级(部标TB4730-94)和III级(国标GB/T2970-91)。
实施例11
一种提高超厚板坯质量的方法，该方法是为了制备探伤性好的特厚钢板，特厚钢板的成分按质量百分比计为：C 0.05-0.60wt％，Si 0.03-0.40wt％，Mn1.00-1.55wt％，P≤0.025wt％，S≤0.015wt％，Als 0.015-0.035wt％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述提高超厚板坯质量的方法包括如下步骤：
S1、模拟计算结晶器内的电磁搅拌流场；
S11、通过ANSYS有限元软件对EMS电磁场进行计算得到磁感应强度值，所用单元为SOLID117；
S12、将S11计算得出的磁感应强度值插值到耦合计算的网格节点；
S13、利用Fluent软件进行电磁搅拌流场、凝固、电磁场耦合计算钢液流动过程中的传热及凝固；瞬态流场计算采用k-e模型，并耦合焓-多孔介质法计算钢液流动过程中的传热及凝固；
S2、在S1的基础上避免铜管的屏蔽作用的前提下尽可能保证磁场的穿透力，以确定搅拌频率；具体方式为：搅拌频率设定为P＝7.4074C+1.5556；式中，P为搅拌频率，C为含碳量；含碳量为0.35wt％，故而将搅拌频率经过计算为4Hz；
S3、在S2的基础上避免引起液面波动和卷渣的前提下，确定搅拌电流；具体方式为：根据钢水含碳量C、钢种粘度、钢水液面情况，尽可能在较大电流条件下搅拌，将搅拌电流设定为I＝92.593C+294.44；式中，I为搅拌电流，C为含碳量；含碳量为0.35wt％，故而将搅拌电流经过计算分别为320A；
S4、根据S2的搅拌频率和S3的搅拌电流对结晶器内的超厚板坯的熔体进行电磁搅拌，之后浇铸得到特厚板坯；
最后，将S4的特厚板坯经过轧制，最终得到探伤性好的特厚钢板。
本实施例制备的特厚板坯的厚度为460mm，宽度为2200mm。
本实施例制备的特厚板坯采用的板坯铸机弧的半径为13m，结晶器的尺寸为460×2200×900mm。
本实施例制备的特厚钢板的厚度为105mm，宽度为4700mm，表面夹杂发生率相比传统方法下降至0％，粒径200μm以上大夹杂物的数量至少减少了50％；钢板探伤结果满足IV级(部标TB4730-94)和III级(国标GB/T2970-91)。
实施例12
一种提高超厚板坯质量的方法，该方法是为了制备探伤性好的特厚钢板，特厚钢板的成分为Q345B钢种，成分按质量百分比计为：C 0.17％，Si 0.223％，Mn 0.68％，P0.021％，S 0.004％，Als 0.026％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述提高超厚板坯质量的方法包括如下步骤：
S1、模拟计算结晶器内的电磁搅拌流场；
S11、通过ANSYS有限元软件对EMS电磁场进行计算得到磁感应强度值，所用单元为SOLID117；
S12、将S11计算得出的磁感应强度值插值到耦合计算的网格节点；
S13、利用Fluent软件进行电磁搅拌流场、凝固、电磁场耦合计算钢液流动过程中的传热及凝固；瞬态流场计算采用k-e模型，并耦合焓-多孔介质法计算钢液流动过程中的传热及凝固；
S2、在S1的基础上避免铜管的屏蔽作用的前提下尽可能保证磁场的穿透力，以确定搅拌频率；具体方式为：搅拌频率设定为P＝7.4074C+1.5556；式中，P为搅拌频率，C为含碳量；含碳量为0.17wt％，故而将搅拌频率经过计算为2.8Hz；
S3、在S2的基础上避免引起液面波动和卷渣的前提下，确定搅拌电流；具体方式为：根据钢水含碳量C、钢种粘度、钢水液面情况，尽可能在较大电流条件下搅拌，将搅拌电流设定为I＝92.593C+294.44；式中，I为搅拌电流，C为含碳量；含碳量为0.17wt％，故而将搅拌电流经过计算分别为310A；
S4、根据S2的搅拌频率和S3的搅拌电流对结晶器内的超厚板坯的熔体进行电磁搅拌，之后浇铸得到特厚板坯；
最后，将S4的特厚板坯经过轧制，最终得到探伤性好的特厚钢板。
本实施例制备的特厚板坯的厚度为470mm，宽度为2400mm。
本实施例制备的特厚板坯采用的板坯铸机弧的半径为13m，结晶器的尺寸为470×2400×900mm。
本实施例制备的特厚钢板的厚度为125mm，宽度为4880mm，表面夹杂发生率相比传统方法下降至0％，粒径200μm以上大夹杂物的数量至少减少了50％；钢板探伤结果满足IV级(部标TB4730-94)和III级(国标GB/T2970-91)。
实施例13
一种提高超厚板坯质量的方法，该方法是为了制备探伤性好的特厚钢板，特厚钢板的成分为XG08钢种，成分按质量百分比计为：C 0.064％，Si 0.019％，Mn 0.48％，P0.013％，S 0.004％，Als 0.018％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述提高超厚板坯质量的方法包括如下步骤：
S1、模拟计算结晶器内的电磁搅拌流场；
S11、通过ANSYS有限元软件对EMS电磁场进行计算得到磁感应强度值，所用单元为SOLID117；
S12、将S11计算得出的磁感应强度值插值到耦合计算的网格节点；
S13、利用Fluent软件进行电磁搅拌流场、凝固、电磁场耦合计算钢液流动过程中的传热及凝固；瞬态流场计算采用k-e模型，并耦合焓-多孔介质法计算钢液流动过程中的传热及凝固；
S2、在S1的基础上避免铜管的屏蔽作用的前提下尽可能保证磁场的穿透力，以确定搅拌频率；具体方式为：搅拌频率设定为P＝7.4074C+1.5556；式中，P为搅拌频率，C为含碳量；含碳量为0.064wt％，故而将搅拌频率经过计算为2Hz；
S3、在S2的基础上避免引起液面波动和卷渣的前提下，确定搅拌电流；具体方式为：根据钢水含碳量C、钢种粘度、钢水液面情况，尽可能在较大电流条件下搅拌，将搅拌电流设定为I＝92.593C+294.44；式中，I为搅拌电流，C为含碳量；含碳量为0.064wt％，故而将搅拌电流经过计算分别为300A；
S4、根据S2的搅拌频率和S3的搅拌电流对结晶器内的超厚板坯的熔体进行电磁搅拌，之后浇铸得到特厚板坯；
最后，将S4的特厚板坯经过轧制，最终得到探伤性好的特厚钢板。
本实施例制备的特厚板坯的厚度为485mm，宽度为2400mm；
本实施例制备的特厚板坯采用的板坯铸机弧的半径为13m，结晶器的尺寸为485×2400×900mm；
本实施例制备的特厚钢板的表面夹杂发生率相比传统方法下降至0％，粒径200μm以上大夹杂物的数量减少了57％，特厚钢板夹杂物的改善效果非常明显；钢板探伤结果满足IV级(部标TB4730-94)和III级(国标GB/T2970-91)。
一种将本实施例探伤性好的特厚钢板制备方法应用在线淬火800MPa级工程机械用特厚钢板的制备方法，该方法包括：钢水冶炼、钢板连铸、钢板加热、钢板轧制、DQ+ACC冷却步骤；
其中，步骤一为钢水冶炼步骤，铁水通过脱硫扒渣，进入转炉冶炼，并经过“LF+RH”进行精炼；转炉出钢温度1660℃，LF结束温度1640℃，RH结束温度1580℃，软吹结束温度1562℃，中包温度1541℃；过程中，控制各组分含量如下：C：0.064％％，P≤0.015％，S≤0.005％，N≤45ppm，H≤1.5ppm，O≤30ppm；深真空处理时间为18min；
步骤二为钢板连铸步骤：LF炉精炼、RH真空处理，结晶器浇铸得到探伤性好的特厚钢板；结晶器中采用电磁搅拌，搅拌频率2Hz，搅拌电流300A；浇铸过程中保持恒拉速，拉速范围0.50m/min，平均过热度23℃；动态轻压下增加两相区及固相区压下量，压下速率1.10mm/m，两相区压下量10mm，固相区压下量1mm；
步骤三为钢板加热步骤：采用步进梁式加热炉将钢板分段加热至均热温度1180-1220℃；其中，第一加热段温度950-1050℃，第二加热段温度1050-1150℃，第三加热段温度1150-1200℃，第四加热段均热段温度为1180-1220℃，板坯在炉时间400-420min；
步骤四为钢板轧制步骤：采用再结晶区及非再结晶区分段轧制；再结晶区轧制阶段开始温度≥1050℃，结束温度范围为970℃，再结晶区轧制阶段总压下量为55-70％；非再结晶区轧制阶段开始温度8430℃，结束温度为800-820℃，且非再结晶区累积压下率≥50％；
步骤五为DQ+ACC冷却步骤：冷却过程开启DQ缝隙集管及ACC高密快冷集管进行冷却，辊道速度0.32m/min；开始冷却温度780℃，终冷温度260℃，冷速13℃/s。
本实施例制备的在线淬火800MPa级工程机械用特厚钢板，厚度为100mm，取样位置为1/4处，其抗拉强度为789MPa，屈服强度为713MPa，延伸率19.5％，-40℃的冲击功为97J；取样位置为1/2处，其抗拉强度为743MPa，屈服强度为671MPa，延伸率为17.5％，-40℃的冲击功为34J。
上述方案，本发明提供了提高超厚板坯质量的方法，解决了结晶器内钢水流动性变差导致的横裂纹和纵裂纹缺陷增多、被坯壳捕捉夹杂物在弯月面处形成冷钢的几率变大、拉坯过程在铸坯厚度1/4处未被坯壳捕捉到的夹杂物富集等缺陷，在避免液面波动、改善结晶器流场、提高铸坯表面质量等方面具有重要的意义。
本发明通过对电磁搅拌流场的模拟计算，能够在保证磁场穿透力的前提下确定搅拌频率，在避免引起液面波动和卷渣的前提下确定搅拌电流，从而使得超厚板坯在前述工艺参数的基础上进行结晶器电磁搅拌，获得的超厚板坯表面裂纹和铸坯夹杂物缺陷大幅下降，极大地降低了对探伤性能的影响。
本发明对电磁搅拌流场的模拟计算是通过ANSYS有限元软件对EMS电磁场进行计算得到磁感应强度值，将磁感应强度值插值到耦合计算的网格节点，利用Fluent软件进行电磁搅拌流场、凝固、电磁场耦合计算钢液流动过程中的传热及凝固。该种模拟计算方式显然不需要经过多次实验验证模拟计算结果的真实性和准确性，操作简单便捷。
本发明只需要通过钢水含碳量C来确定所需的电磁搅拌频率和搅拌电流，影响因素少，确定方式灵活、高效、精准，可以根据提高铸坯表面质量的不同需求来进行选择，且不需要考虑传统的钢水密度、水口出口平均速度、钢水的电导率、钢水的磁导率、铸坯宽度、钢水电阻、钢水阻抗、铸坯厚度等多重因素的复杂影响。
本发明所制备的超厚板坯：当结晶器未施加电磁搅拌时，初生坯壳生长不均匀，厚度相差4-14mm；当结晶器施加电磁搅拌时，初生坯壳均匀生长，厚度相差2-6mm。
本发明为了改善超厚规格低合金高强度结构钢铸坯表面裂纹，超厚板坯的表面横裂纹发生率和表面纵裂纹发生率相比传统方法下降至0.35％以下；为了减少超厚板坯夹杂物，超厚板坯的表面夹杂发生率相比传统方法下降至0％，粒径200μm以上大夹杂物的数量至少减少了50％。
总之，本发明方法相对于其他传统方法，通过对电磁搅拌流场的模拟计算以及在此基础上的根据提高铸坯表面质量的不同需求来进行选择确定所需的电磁搅拌频率和搅拌电流，所制备的超厚板坯极大地降低了初生坯壳厚度差、表面裂纹发生率和表面夹杂物发生率，该方法成本低、效率高、影响因素简单、模拟计算结果便捷、适用范围广，利于工业生产实践和推广。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种提高超厚板坯质量的方法，其特征在于，所述提高超厚板坯质量的方法如下所示：
S1、模拟计算结晶器内的电磁搅拌流场；
S2、在S1的基础上避免铜管的屏蔽作用的前提下尽可能保证磁场的穿透力，以确定搅拌频率；
S3、在S2的基础上避免引起液面波动和卷渣的前提下，确定搅拌电流；
S4、根据S2的搅拌频率和S3的搅拌电流对结晶器内超厚板坯的熔体进行电磁搅拌，之后浇铸得到超厚板坯；
为了改善超厚规格低合金高强度结构钢铸坯表面裂纹，S2中根据钢水含碳量C，在保证磁场穿透力的前提下在高频条件下搅拌；当含碳量为0.08wt%≤C<0.11wt%时，将搅拌频率设定为3Hz；当含碳量为0.11wt%≤C<0.14wt%时，将搅拌频率设定为4Hz；当含碳量为0.14wt%≤C≤0.16wt%时，将搅拌频率设定为5Hz；S3中根据钢水含碳量C、钢种粘度、钢水液面情况，尽可能在较大电流条件下搅拌，将搅拌电流设定为I=750C+260；式中，I为搅拌电流，C为含碳量；
或者为了减少超厚板坯夹杂物，S2中根据钢水含碳量C，在保证磁场穿透力的前提下在高频条件下搅拌；搅拌频率设定为P = 7.4074C+1.5556；式中，P为搅拌频率，C为含碳量；S3中根据钢水含碳量C、钢种粘度、钢水液面情况，尽可能在较大电流条件下搅拌，将搅拌电流设定为I=92.593C+294.44；式中，I为搅拌电流，C为含碳量；S4中超厚板坯的成分按质量百分比计为：C 0.05-0.60wt%，Si 0.03-0.40wt%，Mn 1.00-1.55wt%，P≤0.025wt%，S≤0.015wt%，Als 0.015-0.035wt%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的提高超厚板坯质量的方法，其特征在于，S1中模拟计算结晶器内的电磁搅拌流场通过以下步骤进行：
S11、通过ANSYS有限元软件对EMS电磁场进行计算得到磁感应强度值，所用单元为SOLID117；
S12、将S11计算得出的磁感应强度值插值到耦合计算的网格节点；
S13、利用Fluent软件进行电磁搅拌流场、凝固、电磁场耦合计算钢液流动过程中的传热及凝固。
3.根据权利要求1所述的提高超厚板坯质量的方法，其特征在于，S4中超厚板坯厚度大于450mm，宽度大于2000mm；超厚板坯采用的板坯铸机弧的半径为13m，结晶器的尺寸为(450-485)×(2000-2400)×900mm。
4.根据权利要求1所述的提高超厚板坯质量的方法，其特征在于，S4中超厚板坯：当结晶器未施加电磁搅拌时，初生坯壳生长不均匀，厚度相差4-14mm；当结晶器施加电磁搅拌时，初生坯壳均匀生长，厚度相差2-6mm。
5.根据权利要求1所述的提高超厚板坯质量的方法，其特征在于，S4中超厚板坯的表面横裂纹发生率和表面纵裂纹发生率相比传统方法下降至0.35%以下；或者S4中超厚板坯的表面夹杂发生率相比传统方法下降至0%，粒径200μm以上大夹杂物的数量至少减少了50%。
6.一种将权利要求1-5任一所述的方法应用于探伤性好的特厚钢板的制备方法，其特征在于，通过S1-S4制备得到超厚板坯，之后经过轧制，最终得到探伤性好的特厚钢板。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |