澆鑄包晶鋼結(jié)晶器液面的控制

1、包晶鋼結(jié)晶器液位波動的控制王大龍（首鋼遷鋼公司煉鋼分廠，河北 遷安） 摘要：本文分析了直弧連鑄機澆注包晶鋼時結(jié)晶器液位波動產(chǎn)生的原因，并介紹了首鋼遷鋼公司煉鋼分廠采取的控制措施，包括調(diào)整結(jié)晶器冷卻水量、二冷制度、采用專用保護渣、以及提高鑄機的拉坯力等。關(guān)鍵詞：連鑄；包晶鋼；液位波動；拉速波動Practice on mold level fluctuation control of practice steelWANG Dalong(steel-making plant of SGQG, qianan ChinaAbstract: The present paper analyzed the c

2、ause that the mold level fluctuation of vertical-bending type caster in casing the peritectit steel, and introduced the solution that the problem at steel-making plant of SGQG including adjustment of the mold cooling and secondary cooling schedules, use of special casting powder and increase in the

3、drawing force and so on.Key words: continuous casting; peritectic steel; mold level fluctuation; speed fulctuation首鋼遷鋼現(xiàn)有兩臺板坯連鑄機，為VAI設計的直弧形連鑄機，從投產(chǎn)以來，澆鑄含碳量在0.12-0.15%左右的包晶鋼系列時，結(jié)晶器液位波動情況時有發(fā)生，同時拉速還有±0.01m/min幅度的波動，鑄機被迫降低拉速進行澆注，液位波動嚴重時，結(jié)晶器液位自動控制系統(tǒng)也無法使用，給澆注帶來了很大影響。相關(guān)文獻1認為，包晶鋼由于凝固過程中，由于包晶相變造成初生坯殼的不均勻性

4、，在出結(jié)晶器下口時發(fā)生“鼓肚”現(xiàn)象是導致液位波動的根本原因，本文結(jié)合實際，在澆注過程采取相應的措施后，澆注包晶鋼時液位波動的問題得到了較好的控制。1 遷鋼鑄機主要技術(shù)參數(shù)鑄機臺數(shù)和流數(shù) 2*2機型 直弧型，連續(xù)彎曲連續(xù)矯直鑄機半徑 9000mm冶金長度 約34.5m板坯厚度 230/250mm板坯寬度 1#機9001600mm，2#機11002150mm中包容量 60/65t二冷配水 動態(tài)二冷水輥縫 動態(tài)輕壓下ASTC振動 液壓非正弦振動結(jié)晶器 可在線調(diào)寬年產(chǎn)量 450萬噸(兩臺2 結(jié)晶器液位波動描述如圖1為典型的結(jié)晶器液位波動和拉速波動曲線，其中蘭色線為拉速，綠色線為塞棒開度，橘黃色線為結(jié)晶

5、器液位。從圖中可以看出，拉速在±0.01m/min幅度范圍內(nèi)波動，結(jié)晶器液位最大波動可達到±15mm。圖1 典型結(jié)晶器液位波動圖在澆注包晶系列鋼種時常常會出現(xiàn)一些有規(guī)律的波動，其波動有如下特征：(1液位控制模式從自動切換到手動時，結(jié)晶器液位波動不能消除。(2液位波動時將ASTC在動態(tài)和靜態(tài)模式相互切換，波動不能消除。(3 液位波動具有偶發(fā)性，不是每澆次產(chǎn)生，有時一段時間無，有時又接連發(fā)生，一般在第2爐開始后發(fā)生。每次液位波動的情形不完全相同，但大部分波動在同一拉速下有穩(wěn)定的周期和相近的波形，從多次結(jié)晶器液位波動和拉速波動統(tǒng)計出數(shù)據(jù)來看，在不同的拉速下，鼓肚總是在大約為0.9

6、0m的澆鑄長度出現(xiàn)，如表1。表1 拉速波動相關(guān)數(shù)據(jù)拉速(m/min1.01.11.2每分鐘波動次數(shù)111213波動時間，s5.4554.6頻率，Hz0.180.200.22澆鑄長度，m0. 860.920.92（4）結(jié)晶器液位波動后驅(qū)動輥電流也產(chǎn)生明顯波動，伴有拉速波動。（5）澆注其他鋼種液位正常，設備檢查無明顯缺陷。（6）波動后鑄坯表面有周期性的橫向凹陷，類似振痕，兩凹陷間隔在100mm左右。 （7）結(jié)晶器液位波動主要集中在B、A36等包晶鋼種上，其主要成分范圍如表2。表2 發(fā)生液位波動鋼種的主要成分鋼種成分%（質(zhì)量分數(shù)）CSiMnPSAltNbB0.130.201.000.0150.015

7、0.030A32/D320.130.201.400.0150.0150.030A36/D360.130.201.300.0150.0100.0300.0303澆注包晶鋼液位波動原因分析從上述結(jié)晶器液位波動和拉速波動的規(guī)律看，可以確定液位波動是由單位時間內(nèi)出結(jié)晶器帶液芯鑄坯體積發(fā)生波動引起的，很有可能是既有坯殼在結(jié)晶器出口速度的波動又有鋼水在坯殼內(nèi)有流動綜合造成的。從振動力學的角度出發(fā)，可以把在鑄流里運動動的鑄坯看作一個多自由度的有阻尼的受迫振動系統(tǒng)，外界激勵有結(jié)晶器的振動、驅(qū)動輥驅(qū)動力以及各段本體有固定頻率的振動，阻尼因數(shù)有ASTC(動態(tài)輕壓下對鑄坯的彈性壓力和鑄坯在鑄流內(nèi)受輥子的摩擦阻力。鑄

8、坯本身是有一定振動頻率的振動體，其振動的頻率是個變量，它和鋼種類型、斷面大小、冷卻狀態(tài)、液相穴位置和拉速等相關(guān)，是個多因素影響的變量，且外界因素之間也是相互影響的變量2。從生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)，澆注低碳鋼種時從未發(fā)生過類似與澆注包晶鋼時的液位波動。包晶鋼或包晶合金的強度和硬度都遠遠大于低碳鋼，所以鋼種本身的理化性能對其自身的振動頻率有決定性影響，是影響液位波動的根本因素。該連鑄機設備是引進外國公司的，該公司的與遷鋼類似的連鑄機在我國其他地區(qū)也有，在其他廠生產(chǎn)包晶鋼或包晶合金鋼時也出現(xiàn)類似的液位波動。因此，設備狀況也是影響液位波動重要因素。由圖2可知，碳含量在0.090.17%之間的鋼液在凝固過程中會

9、發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變L+,發(fā)生約0.38%的體積收縮,在澆注過程中,由于結(jié)晶器冷卻速度大，一般碳含量在0.12%左右的鋼種凝固收縮最大。另一方面，由于鋼中其他元素對包晶成分點會有影響，不同鋼種發(fā)生包晶反應的實際碳含量也不完全相同1。圖2 Fe-C相圖中的包晶反應點如圖3所示，在結(jié)晶器中，坯殼會因收縮過大而與結(jié)晶器銅板脫離形成氣隙，影響坯殼的傳熱，從而坯殼的凝固生長變慢，坯殼變?。欢S著坯殼的下移，由于鋼水靜壓力的作用，坯殼重新與結(jié)晶器壁接觸，坯殼生長速度得到恢復，這也是包晶鋼凝固坯殼不均勻的根本原因。圖4為某鋼廠澆注包晶鋼漏鋼后坯殼圖片以及測量數(shù)據(jù)，坯殼厚度沿澆注方向上的不均勻性非常明顯，薄弱部分遠小

10、于正常的坯殼厚度3。圖3 不同鋼種凝固坯殼沿澆注方向生長示意圖圖4 某鋼廠包晶鋼漏鋼后結(jié)晶器坯殼形貌及厚度測量數(shù)據(jù)理論上，鑄機二冷段中的坯殼由于鋼水靜壓力的作用會在兩對輥之間產(chǎn)生鼓肚，其鼓肚量可由下面公式求出，鼓肚量與坯殼厚度的三次方成反比。正常均勻生長的坯殼其厚度足以保證鼓肚量在允許的范圍內(nèi)，不會造成坯殼內(nèi)部容積的較大變化；而包晶鋼不均勻生長的坯殼中薄弱的部分在扇形段兩對輥之間的鼓肚變形要遠大于坯殼正常的部分，從而引起液位的明顯下跌，而坯殼經(jīng)過下一輥時又存在一個再壓回的過程，此時液位就會上涌，至此，液位波動已經(jīng)完全形成。鑄坯的鼓肚會造成鑄坯的阻力增加，這也是液位波動時拉矯機電流波動增大的原因

11、。式中，為鑄坯在兩輥間長度方向的鼓肚量；C1為材料系數(shù)；P為鋼水靜壓力；L為輥間距；E為鋼的高溫彈性模數(shù)；D為凝固坯殼厚度；Bw為鑄坯行程；Vc為拉速；為溫度及材料系數(shù)。薄厚不均坯殼每經(jīng)過一對扇形段夾輥就會有一個鼓肚和壓回的過程，因而引起液位的周期性波動。結(jié)晶器液位波動，從表1可以分析出，大約從0.090米處鑄坯開始出現(xiàn)鼓肚，這意味著在結(jié)晶器下方。4包晶鋼液位波動的控制措施4.1 結(jié)晶器冷卻制度的調(diào)整結(jié)晶器中初生坯殼的不均勻性是造成包晶鋼液位波動的根本原因，因此，保證結(jié)晶器初生坯殼的均勻穩(wěn)定生長是解決問題的關(guān)鍵所在。理論和實際證明，結(jié)晶器弱冷、緩冷可以有效控制坯殼的不均勻生長。遷鋼板坯連鑄機2

12、#機結(jié)晶器水流量原來寬面為4800L/min，窄面500 L/min，通過計算，澆注包晶鋼時降低了結(jié)晶器冷卻水流量，以利于抑制初生坯殼的不均勻性，同時也有利于鑄坯的表面質(zhì)量控制。表3 結(jié)晶器水調(diào)整前后參數(shù)對比狀態(tài)參數(shù)調(diào)整前調(diào)整后寬面窄面寬面窄面流量L/min48005004400460流速m/s9.019.388.208.584.2 結(jié)晶器保護渣的調(diào)整理論研究表明，保護渣為堿性時，靠近結(jié)晶器壁一側(cè)的保護渣渣膜在凝固時析出晶體，可以控制坯殼向結(jié)晶器傳熱4。所以結(jié)晶器保護渣采用較高的堿度、黏度和結(jié)晶溫度時，結(jié)晶器銅板與初生坯殼間的渣膜結(jié)晶相增加，玻璃相減少，可減緩坯殼與結(jié)晶器之間的傳熱，坯殼凝固更

13、均勻。因此，在保護渣廠家的協(xié)助下，研制開發(fā)了包晶鋼專用渣，經(jīng)過多個批次的試驗，取得了一定的效果，現(xiàn)使用的保護渣基本杜絕了澆注包晶鋼時的液位和拉速波動現(xiàn)象的發(fā)生，如表4。表4 澆注包晶鋼專用渣指標成分SiO2MgOCaOFe2O3Al2O3R2OF-H2OC29.043.4636.921.172.858.318.440.355.92物理性能堿度密度/(g/cm3熔速/（S,1350）粘度/(Pa·S,1300粒度/(0.21mm1.270.71350.12780%4.3二冷制度的調(diào)整包晶鋼由于凝固收縮的特殊性，結(jié)晶器內(nèi)坯殼生長不均勻非常容易造成鑄坯表面裂紋，因而傳統(tǒng)上二次冷卻上采用弱冷

14、制度避免裂紋的擴大化，這便會造成二冷區(qū)鑄坯坯殼生長減慢及坯殼表面溫度相對較高，而這兩點均是加劇鑄坯鼓肚傾向的因素。因此，在一般情況下，發(fā)生液位波動時均會采取降低拉速、增大二冷水量會來增加坯殼的厚度、降低鑄坯表面溫度的辦法來緩解。但鑄坯溫度過低必然導致低溫矯直從而引起鑄坯表面的矯直橫裂紋，對含Nb、V等合金元素的鋼種尤其如此，遷鋼板坯連鑄機二冷配水位VAI動態(tài)配水模型，采用目標溫度控制模式，其原理是通過熱跟蹤模型計算動態(tài)調(diào)整各區(qū)水量，保證不同拉速、溫度條件下二冷區(qū)中各部位的鑄坯表面溫度始終維持在工藝設定值，從而保證鑄坯內(nèi)外部質(zhì)量的穩(wěn)定。為此，我廠將“soft”的冷卻制度改成“MedC”冷卻制度，

15、加大了冷卻強度，從而對液面的波動起到一定的緩解作用。后續(xù)我廠將適當調(diào)整包晶鋼的二冷模型中目標表面溫度曲線，在保證矯直點溫度的前提下，適當降低二冷區(qū)上部的目標溫度，加大上部區(qū)域的冷卻強度，從而減少鼓肚的發(fā)生。4.4 鑄坯拉坯力的改進我廠鑄機扇形段均為SMART扇形段，采用動態(tài)輕壓下技術(shù)，通過位置傳感器控制液壓缸行程來控制非傳動輥的輥縫，驅(qū)動輥則通過熱坯壓力直接作用于鑄坯上，熱坯壓力隨斷面寬度的增加而增大，如圖5。在液位波動時，由于拉坯阻力的增加，驅(qū)動輥電流波動很大，拉坯力相應產(chǎn)生較大波動，拉坯速度也產(chǎn)生波動，不利于液位的控制?？紤]到現(xiàn)有條件下最后一段驅(qū)動輥處鑄坯已經(jīng)完全凝固，將熱坯壓力轉(zhuǎn)換為冷坯

16、壓力，以提高了拉坯力，以保證拉坯速度的穩(wěn)定，同時也有利于液位的穩(wěn)定。圖5 熱坯壓力與鑄坯寬度關(guān)系4.5振動參數(shù)的調(diào)整我廠鑄機結(jié)晶器振動方式為液壓非正弦振動，該套系統(tǒng)具有振頻（f）、振幅（S）以及非正弦系數(shù)（）等參數(shù)在澆注過程中動態(tài)調(diào)節(jié)的特點，工藝參數(shù)設計上振頻隨拉速提高而遞減，振幅隨拉速提高而遞增，以確保不同拉速條件下負滑脫時間基本保持恒定。如圖6。圖6 拉速與振頻和振幅關(guān)系圖7 不同拉速下正負滑脫時間（正弦和非正弦）通過采取上述措施，同時設備上加強維護，確保鑄機精度，我廠包晶鋼結(jié)晶器液位波動大的問題基本得到了控制，生產(chǎn)得到穩(wěn)定。另一方面，由于結(jié)晶器內(nèi)坯殼冷卻的均勻化，使得包晶鋼鑄坯的表面縱裂發(fā)生率也得到明顯下降。5 結(jié)論（1）我廠鑄機在澆注包晶鋼時，液位波動產(chǎn)生的根本原因是結(jié)晶器中坯殼的不均勻性導致坯殼薄弱部位在扇形段中鼓肚變形太大造成；（3）調(diào)整包晶鋼的二次冷卻制度，在保證矯直點溫度的同時適當增加二冷區(qū)上部的冷卻強度，將有利于液位波動的控制；（4）鑄中將最后一段驅(qū)動輥壓力改為冷坯壓力，可提高拉坯力，緩解由于液位波動造成的拉速波動，避免液位波動的加劇。參考文獻：1 A G