[发明专利]基于目标等轴晶尺寸和比例的钢连铸坯凝固组织细化方法

权利要求书

1.一种基于目标等轴晶尺寸和比例的钢连铸坯凝固组织细化方法，其特征在于，按照对应工况参数下的目标等轴晶尺寸和比例确定变质元素的加入量，并在炼钢过程中冶炼、精炼、连铸流程中的一处或多处节点加入所述变质元素，即可实现对钢连铸坯凝固组织的细化；

其中，所述变质元素的加入量通过如下方法确定：

S1：根据质量控制要求确定目标等轴晶尺寸r₀和目标等轴晶比例δ₀；

S2：根据连铸坯横剖面宽度W和厚度D计算单位长度下等轴晶区体积V₀：

V₀＝W·D·δ₀；

S3：将等轴晶近似为球形，求出等轴晶区内对应目标等轴晶尺寸r₀下的等轴晶数量n₀：

S4：设某一流程下等轴晶基于变质粒子进行非均质形核的理论效率为η，η为钢水温度T的函数，则需要变质粒子数N₀为：

S5：变质粒子的密度为ρ₀，其化合物中变质元素的质量分数为ω₀，设粒子为球形且半径为r，则需要变质元素的重量m₀为：

S6：设该流程下变质元素加入时的收得率为ξ₀，铸坯密度为ρ，ρ为钢水温度T的函数，则单位质量钢变质元素实际加入量m为：

S7：若冶炼、精炼、连铸等流程节点中加入变质元素分别为m₁、m₂和m₃，则满足：m₁+m₂+m₃＝m，且m₁≥0、m₂≥0、m₃≥0；设单位炉次的钢水重量为w，则变质元素的单炉加入总量Q＝m·w；

上述步骤S1-S7的顺序不固定。

2.如权利要求1所述的基于目标等轴晶尺寸和比例的钢连铸坯凝固组织细化方法，其特征在于，所述目标等轴晶尺寸在10^-5～10^-3m之间，目标等轴晶比例在0～100％之间；所述目标等轴晶比例定义为等轴晶面积/铸坯横剖面积。

3.如权利要求1所述的基于目标等轴晶尺寸和比例的钢连铸坯凝固组织细化方法，其特征在于，所述工况参数包括钢种成分、钢水温度、钢水重量、流程节点、变质元素收得率。

4.如权利要求1-3任一项所述的基于目标等轴晶尺寸和比例的钢连铸坯凝固组织细化方法，其特征在于，所述变质元素为稀土元素镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb和镥Lu、钪Sc、钇Y、铪Hf、锆Zr、钛Ti、钽Ta、镁Mg、钙Ca、锶Sr、钡Ba中的一种或多种的组合。

5.如权利要求4所述的基于目标等轴晶尺寸和比例的钢连铸坯凝固组织细化方法，其特征在于，所述变质元素的择优选取方法为：

S1：根据热/动力学数据库预测变质元素加入钢液之后的高温物理化学反应，确定稳定的化学产物；

S2：对比变质元素产物熔点与钢液相线温度的差异，当且仅当变质元素产物熔点高于钢的液相线温度时才可能有非均质形核潜力；

S3：对比变质元素产物密度与钢液密度差异，优先选择变质元素产物密度与钢液密度差小的变质元素来细化该钢连铸坯的凝固组织；

S4：计算变质元素产物的低指数晶面与钢初生相的低指数晶面之间的错配度，优先选择二者之间错配度小的变质元素来细化该钢连铸坯的凝固组织；

上述步骤S1-S4的顺序不固定。