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(dòng)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(jī)澆注包晶鋼時(shí)結(jié)晶器液位波動(dòng)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(hù)渣、以及提高鑄機(jī)的拉坯力等。關(guān)鍵詞：連鑄；包晶鋼；液位波動(dòng)；拉速波動(dòng)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(tái)板坯連鑄機(jī)，為VAI設(shè)計(jì)的直弧形連鑄機(jī)，從投產(chǎn)以來(lái)，澆鑄含碳量在0.12-0.15%左右的包晶鋼系列時(shí)，結(jié)晶器液位波動(dòng)情況時(shí)有發(fā)生，同時(shí)拉速還有±0.01m/min幅度的波動(dòng)，鑄機(jī)被迫降低拉速進(jìn)行澆注，液位波動(dòng)嚴(yán)重時(shí)，結(jié)晶器液位自動(dòng)控制系統(tǒng)也無(wú)法使用，給澆注帶來(lái)了很大影響。相關(guān)文獻(xiàn)1認(rèn)為，包晶鋼由于凝固過(guò)程中，由于包晶相變?cè)斐沙跎鳉さ牟痪鶆蛐?/p>

4、，在出結(jié)晶器下口時(shí)發(fā)生“鼓肚”現(xiàn)象是導(dǎo)致液位波動(dòng)的根本原因，本文結(jié)合實(shí)際，在澆注過(guò)程采取相應(yīng)的措施后，澆注包晶鋼時(shí)液位波動(dòng)的問(wèn)題得到了較好的控制。1 遷鋼鑄機(jī)主要技術(shù)參數(shù)鑄機(jī)臺(tái)數(shù)和流數(shù) 2*2機(jī)型 直弧型，連續(xù)彎曲連續(xù)矯直鑄機(jī)半徑 9000mm冶金長(zhǎng)度 約34.5m板坯厚度 230/250mm板坯寬度 1#機(jī)9001600mm，2#機(jī)11002150mm中包容量 60/65t二冷配水 動(dòng)態(tài)二冷水輥縫 動(dòng)態(tài)輕壓下ASTC振動(dòng) 液壓非正弦振動(dòng)結(jié)晶器 可在線調(diào)寬年產(chǎn)量 450萬(wàn)噸(兩臺(tái)2 結(jié)晶器液位波動(dòng)描述如圖1為典型的結(jié)晶器液位波動(dòng)和拉速波動(dòng)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(dòng)，結(jié)晶器液位最大波動(dòng)可達(dá)到±15mm。圖1 典型結(jié)晶器液位波動(dòng)圖在澆注包晶系列鋼種時(shí)常常會(huì)出現(xiàn)一些有規(guī)律的波動(dòng)，其波動(dòng)有如下特征：(1液位控制模式從自動(dòng)切換到手動(dòng)時(shí)，結(jié)晶器液位波動(dòng)不能消除。(2液位波動(dòng)時(shí)將ASTC在動(dòng)態(tài)和靜態(tài)模式相互切換，波動(dòng)不能消除。(3 液位波動(dòng)具有偶發(fā)性，不是每澆次產(chǎn)生，有時(shí)一段時(shí)間無(wú)，有時(shí)又接連發(fā)生，一般在第2爐開始后發(fā)生。每次液位波動(dòng)的情形不完全相同，但大部分波動(dòng)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(dòng)和拉速波動(dòng)統(tǒng)計(jì)出數(shù)據(jù)來(lái)看，在不同的拉速下，鼓肚總是在大約為0.9

6、0m的澆鑄長(zhǎng)度出現(xiàn)，如表1。表1 拉速波動(dòng)相關(guān)數(shù)據(jù)拉速(m/min1.01.11.2每分鐘波動(dòng)次數(shù)111213波動(dòng)時(shí)間，s5.4554.6頻率，Hz0.180.200.22澆鑄長(zhǎng)度，m0. 860.920.92（4）結(jié)晶器液位波動(dòng)后驅(qū)動(dòng)輥電流也產(chǎn)生明顯波動(dòng)，伴有拉速波動(dòng)。（5）澆注其他鋼種液位正常，設(shè)備檢查無(wú)明顯缺陷。（6）波動(dòng)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(dòng)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(dòng)鋼種的主要成分鋼種成分%（質(zhì)量分?jǐn)?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(dòng)原因分析從上述結(jié)晶器液位波動(dòng)和拉速波動(dòng)的規(guī)律看，可以確定液位波動(dòng)是由單位時(shí)間內(nèi)出結(jié)晶器帶液芯鑄坯體積發(fā)生波動(dòng)引起的，很有可能是既有坯殼在結(jié)晶器出口速度的波動(dòng)又有鋼水在坯殼內(nèi)有流動(dòng)綜合造成的。從振動(dòng)力學(xué)的角度出發(fā)，可以把在鑄流里運(yùn)動(dòng)動(dòng)的鑄坯看作一個(gè)多自由度的有阻尼的受迫振動(dòng)系統(tǒng)，外界激勵(lì)有結(jié)晶器的振動(dòng)、驅(qū)動(dòng)輥驅(qū)動(dòng)力以及各段本體有固定頻率的振動(dòng)，阻尼因數(shù)有ASTC(動(dòng)態(tài)輕壓下對(duì)鑄坯的彈性壓力和鑄坯在鑄流內(nèi)受輥?zhàn)拥哪Σ磷枇?。鑄

8、坯本身是有一定振動(dòng)頻率的振動(dòng)體，其振動(dòng)的頻率是個(gè)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(gè)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(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，澆注低碳鋼種時(shí)從未發(fā)生過(guò)類似與澆注包晶鋼時(shí)的液位波動(dòng)。包晶鋼或包晶合金的強(qiáng)度和硬度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于低碳鋼，所以鋼種本身的理化性能對(duì)其自身的振動(dòng)頻率有決定性影響，是影響液位波動(dòng)的根本因素。該連鑄機(jī)設(shè)備是引進(jìn)外國(guó)公司的，該公司的與遷鋼類似的連鑄機(jī)在我國(guó)其他地區(qū)也有，在其他廠生產(chǎn)包晶鋼或包晶合金鋼時(shí)也出現(xiàn)類似的液位波動(dòng)。因此，設(shè)備狀況也是影響液位波動(dòng)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(guò)程中會(huì)

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(guò)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(duì)包晶成分點(diǎn)會(huì)有影響，不同鋼種發(fā)生包晶反應(yīng)的實(shí)際碳含量也不完全相同1。圖2 Fe-C相圖中的包晶反應(yīng)點(diǎn)如圖3所示，在結(jié)晶器中，坯殼會(huì)因收縮過(guò)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(zhǎng)變慢，坯殼變薄；而隨著坯殼的下移，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(zhǎng)速度得到恢復(fù)，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(cè)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(yuǎn)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(zhǎng)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(cè)量數(shù)據(jù)理論上，鑄機(jī)二冷段中的坯殼由于鋼水靜壓力的作用會(huì)在兩對(duì)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(zhǎng)的坯殼其厚度足以保證鼓肚量在允許的范圍內(nèi)，不會(huì)造成坯殼內(nèi)部容積的較大變化；而包晶鋼不均勻生長(zhǎng)的坯殼中薄弱的部分在扇形段兩對(duì)輥之間的鼓肚變形要遠(yuǎn)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(guò)下一輥時(shí)又存在一個(gè)再壓回的過(guò)程，此時(shí)液位就會(huì)上涌，至此，液位波動(dòng)已經(jīng)完全形成。鑄坯的鼓肚會(huì)造成鑄坯的阻力增加，這也是液位波動(dòng)時(shí)拉矯機(jī)電流波動(dòng)增大的原因

11、。式中，為鑄坯在兩輥間長(zhǎng)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(guò)一對(duì)扇形段夾輥就會(huì)有一個(gè)鼓肚和壓回的過(guò)程，因而引起液位的周期性波動(dòng)。結(jié)晶器液位波動(dòng)，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(dòng)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(dòng)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(zhǎng)是解決問(wèn)題的關(guān)鍵所在。理論和實(shí)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(zhǎng)。遷鋼板坯連鑄機(jī)2

12、#機(jī)結(jié)晶器水流量原來(lái)寬面為4800L/min，窄面500 L/min，通過(guò)計(jì)算，澆注包晶鋼時(shí)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(shí)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(duì)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(hù)渣的調(diào)整理論研究表明，保護(hù)渣為堿性時(shí)，靠近結(jié)晶器壁一側(cè)的保護(hù)渣渣膜在凝固時(shí)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(hù)渣采用較高的堿度、黏度和結(jié)晶溫度時(shí)，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(hù)渣廠家的協(xié)助下，研制開發(fā)了包晶鋼專用渣，經(jīng)過(guò)多個(gè)批次的試驗(yàn)，取得了一定的效果，現(xiàn)使用的保護(hù)渣基本杜絕了澆注包晶鋼時(shí)的液位和拉速波動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生，如表4。表4 澆注包晶鋼專用渣指標(biāo)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(zhǎng)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(kuò)大化，這便會(huì)造成二冷區(qū)鑄坯坯殼生長(zhǎng)減慢及坯殼表面溫度相對(duì)較高，而這兩點(diǎn)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(dòng)時(shí)均會(huì)采取降低拉速、增大二冷水量會(huì)來(lái)增加坯殼的厚度、降低鑄坯表面溫度的辦法來(lái)緩解。但鑄坯溫度過(guò)低必然導(dǎo)致低溫矯直從而引起鑄坯表面的矯直橫裂紋，對(duì)含Nb、V等合金元素的鋼種尤其如此，遷鋼板坯連鑄機(jī)二冷配水位VAI動(dòng)態(tài)配水模型，采用目標(biāo)溫度控制模式，其原理是通過(guò)熱跟蹤模型計(jì)算動(dòng)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(shè)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(qiáng)度，從而對(duì)液面的波動(dòng)起到一定的緩解作用。后續(xù)我廠將適當(dāng)調(diào)整包晶鋼的二冷模型中目標(biāo)表面溫度曲線，在保證矯直點(diǎn)溫度的前提下，適當(dāng)降低二冷區(qū)上部的目標(biāo)溫度，加大上部區(qū)域的冷卻強(qiáng)度，從而減少鼓肚的發(fā)生。4.4 鑄坯拉坯力的改進(jìn)我廠鑄機(jī)扇形段均為SMART扇形段，采用動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)，通過(guò)位置傳感器控制液壓缸行程來(lái)控制非傳動(dòng)輥的輥縫，驅(qū)動(dòng)輥則通過(guò)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(dòng)時(shí)，由于拉坯阻力的增加，驅(qū)動(dòng)輥電流波動(dòng)很大，拉坯力相應(yīng)產(chǎn)生較大波動(dòng)，拉坯速度也產(chǎn)生波動(dòng)，不利于液位的控制?？紤]到現(xiàn)有條件下最后一段驅(qū)動(dòng)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(shí)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(dòng)參數(shù)的調(diào)整我廠鑄機(jī)結(jié)晶器振動(dòng)方式為液壓非正弦振動(dòng)，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(guò)程中動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，工藝參數(shù)設(shè)計(jì)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(fù)滑脫時(shí)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(fù)滑脫時(shí)間（正弦和非正弦）通過(guò)采取上述措施，同時(shí)設(shè)備上加強(qiáng)維護(hù)，確保鑄機(jī)精度，我廠包晶鋼結(jié)晶器液位波動(dòng)大的問(wèn)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(jī)在澆注包晶鋼時(shí)，液位波動(dòng)產(chǎn)生的根本原因是結(jié)晶器中坯殼的不均勻性導(dǎo)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(diǎn)溫度的同時(shí)適當(dāng)增加二冷區(qū)上部的冷卻強(qiáng)度，將有利于液位波動(dòng)的控制；（4）鑄中將最后一段驅(qū)動(dòng)輥壓力改為冷坯壓力，可提高拉坯力，緩解由于液位波動(dòng)造成的拉速波動(dòng)，避免液位波動(dòng)的加劇。參考文獻(xiàn)：1 A G