宽厚板连铸黏结漏钢的工艺因素

第36卷第6期 北京科技大学学报 Vol.36 No.6 2014年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.2014 宽厚板连铸黏结漏钢的工艺因素 刘 宇”，王旭东2四，施桂钱》，姚曼”，张晓兵2”，倪汉平》，陆洪周》， 王 雄2》 1)大连理工大学材料科学与工程学院，大连1160242)江苏沙钢集团，张家港2156253)中治南方工程技术有限公司，武汉430223 ☒通信作者，E-mail:hler@dlut.edu.cn 摘要以钢厂宽厚板连铸黏结漏钢的实测样本为基础，重点考察了断面、拉速、液位等主要工艺因素对铸坯黏结的影响，统 计和分析了黏结发生时的结晶器热流及其变化规律，对可能诱发黏结的浇铸参数和结晶器热流等进行了分析和探讨. 关键词连铸：宽厚板：黏结漏钢：结晶器：热流 分类号T℉777.1 Process factors of sticking breakout for wide and thick slab continuous casting LIUu》,WANG Xu--dong2回，SHI Gui-gian》,YA0Man”,ZHANG Xiao-bing2》，NI Han-ping2》,LU Hong--hou2, WANG Xiong2》 1)School of Materials Science and Engineering,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China 2)Jiangsu Shagang Group,Zhangjiagang 215625,China 3)WISDRI Engineering&Research Incorporation Limited,Wuhan 430223,China Corresponding author,E-mail:hler@dlut.edu.cn ABSTRACT Based on measured data of wide and thick slab sticking breakout in a domestic iron and steel company,the influence of slab size,casting speed and mould level on the sticking breakout was studied.The variation of mould heat flux was investigated during the sticking breakout.Some possible reasons were discussed for the sticking breakout in view of casting parameters and mould heat flux. KEY WORDS continuous casting:wide and thick slabs:sticking breakout:moulds:heat flux 作为一种高技术含量和高附加值产品，宽厚板 能，是国家钢铁工业装备、工艺与技术能力的综合 产品近年发展迅速，广泛应用于桥梁工程、压力容 体现- 器、重型机械、油气管线、海洋平台、造船工业及大型 漏钢是连铸生产中的重大事故.经过近些年的 舰船等军事工业.连铸宽厚板坯断面和尺寸跨度均 生产实践，对于常规板坯黏结漏钢机理已经形成了 较大，厚度通常为200/220/2501300/3201350/400 一致认识.针对结晶器铜板热电偶温度的时间“滞 mm,宽度从1200至2700mm,甚至更宽.为满足愈 后”与空间“倒置”现象，发展出众多基于逻辑判断 加严格的成本、市场和极端性能需求，低合金、高强 或人工智能的预报方法-刀，在预防黏结、保障连铸 度宽厚板在成分与性能控制要求更加苛刻，不仅要 顺行等方面发挥了积极作用. 具有高的强度等级，还要具有高纯净度、高的韧性和 对于宽厚板坯连铸，黏结漏钢仍然是制约和困 抗疲劳特性，以及良好的焊接、加工性与其他特殊性 扰生产作业的主要因素，这是由宽厚板连铸的特殊 收稿日期：20130401 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51004012)：国家高技术研究发展计划资助项目(2009AA04Z134):中国博士后科学基金资助项目 (2012M520621) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.06.008:http://journals.ustb.edu.cn

第 36 卷 第 6 期 2014 年 6 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 No． 6 Jun． 2014 宽厚板连铸黏结漏钢的工艺因素 刘 宇1) ，王旭东1，2) ，施桂钱3) ，姚 曼1) ，张晓兵2) ，倪汉平2) ，陆洪周2) ， 王 雄2) 1) 大连理工大学材料科学与工程学院，大连 116024 2) 江苏沙钢集团，张家港 215625 3) 中冶南方工程技术有限公司，武汉 430223  通信作者，E-mail: hler@ dlut． edu． cn 摘 要 以钢厂宽厚板连铸黏结漏钢的实测样本为基础，重点考察了断面、拉速、液位等主要工艺因素对铸坯黏结的影响，统 计和分析了黏结发生时的结晶器热流及其变化规律，对可能诱发黏结的浇铸参数和结晶器热流等进行了分析和探讨． 关键词 连铸; 宽厚板; 黏结漏钢; 结晶器; 热流 分类号 TF777. 1 Process factors of sticking breakout for wide and thick slab continuous casting LIU Yu1) ， WANG Xu-dong1，2)  ， SHI Gui-qian3) ， YAO Man1) ， ZHANG Xiao-bing2) ， NI Han-ping2) ， LU Hong-zhou2) ， WANG Xiong2) 1) School of Materials Science and Engineering，Dalian University of Technology，Dalian 116024，China 2) Jiangsu Shagang Group，Zhangjiagang 215625，China 3) WISDＲI Engineering ＆ Ｒesearch Incorporation Limited，Wuhan 430223，China  Corresponding author，E-mail: hler@ dlut． edu． cn ABSTＲACT Based on measured data of wide and thick slab sticking breakout in a domestic iron and steel company，the influence of slab size，casting speed and mould level on the sticking breakout was studied． The variation of mould heat flux was investigated during the sticking breakout． Some possible reasons were discussed for the sticking breakout in view of casting parameters and mould heat flux． KEY WOＲDS continuous casting; wide and thick slabs; sticking breakout; moulds; heat flux 收稿日期: 2013--04--01 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51004012) ; 国家高技术研究发展计划资助项目( 2009AA04Z134) ; 中国博士后科学基金资助项目 ( 2012M520621) DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． 06． 008; http: / /journals． ustb． edu． cn 作为一种高技术含量和高附加值产品，宽厚板 产品近年发展迅速，广泛应用于桥梁工程、压力容 器、重型机械、油气管线、海洋平台、造船工业及大型 舰船等军事工业． 连铸宽厚板坯断面和尺寸跨度均 较大，厚 度 通 常 为 200 /220 /250 /300 /320 /350 /400 mm，宽度从 1200 至 2700 mm，甚至更宽． 为满足愈 加严格的成本、市场和极端性能需求，低合金、高强 度宽厚板在成分与性能控制要求更加苛刻，不仅要 具有高的强度等级，还要具有高纯净度、高的韧性和 抗疲劳特性，以及良好的焊接、加工性与其他特殊性 能，是国家钢铁工业装备、工艺与技术能力的综合 体现［1 － 3］． 漏钢是连铸生产中的重大事故． 经过近些年的 生产实践，对于常规板坯黏结漏钢机理已经形成了 一致认识． 针对结晶器铜板热电偶温度的时间“滞 后”与空间“倒置”现象，发展出众多基于逻辑判断 或人工智能的预报方法［4 － 7］，在预防黏结、保障连铸 顺行等方面发挥了积极作用． 对于宽厚板坯连铸，黏结漏钢仍然是制约和困 扰生产作业的主要因素，这是由宽厚板连铸的特殊

·758· 北京科技大学学报 第36卷 性造成的.一方面，目前的宽厚板大多覆盖中碳钢、 2.1铸坯尺寸 包晶钢、合金钢等钢种，浇铸难度大，裂纹敏感性强； 根据调查，24例黏结全部发生在现场浇铸220 同时因断面和尺寸较大，特别是过大的宽度，保护渣 mm厚的铸坯.图1给出了220mm厚不同宽度的铸 流入均匀性恶化，上述因素共同作用下的收缩不均 坯浇铸炉数比率与黏结比率。其中，炉数比率为该 易诱发黏结、纵裂等表面缺陷-山，另一方面，与常 断面浇铸炉数与总浇铸炉数(2216炉)的比率，黏结 规板坯相比，宽厚板连铸拉速低，结晶器下口铸坯表 比率为该断面黏结次数与总黏结次数(24次)的比 面温度明显下降，保护渣沿浇铸方向的服役温度区 率.图1中可以看出，黏结主要发生在2090、2290 间显著拉长，对保护渣的均匀熔化、流入、铺附、相变 和2690mm宽度的铸坯，分别为7次、3次、14次，三 以及稳定的渣耗提出了更高要求，是引发结晶器与 种尺寸铸坯的浇铸炉数占总浇铸炉数的60.8% 铸坯黏结的重要因素2-1)，也是宽厚板有别于常规 2090和2290mm宽度相近，合计发生黏结10次.尽 板坯的特殊性.此外，调研中发现，目前的漏钢预报 管2690mm浇铸的炉数比率仅为13.1%，但发生14 模型往往直接沿用常规板坯的温度阈值、报警门槛 次黏结，占黏结总次数58.3%.在铸坯厚度相同的 或触发条件：然而，因拉速、断面及保护渣服役条件 前提下，结晶器与铸坯的黏结几率随铸坯宽度的增 等因素差异明显，结晶器黏结的温度行为及预报算 大显著上升.分析其中的原因，根据以往的渣耗统 法很难被直接复制，导致宽厚板漏钢报警准确率低， 计，单位面积渣耗随铸坯尺寸的增大而减小：随铸坯 误报率也维持在较高水平. 宽度增加，保护渣熔化与流入的均匀性显著降低，黏 本文结合国内某宽厚板连铸生产现场，跟踪浇 结风险增大.另一方面，在窄面热流与坯壳厚度变 铸过程中的实测数据，对经排查和确认后的24例黏 化不大的情况下，浇铸更宽的铸坯时，因窄面收缩、 结漏钢样本进行分析统计，通过探讨铸坯尺寸、拉 摩擦等作用而传向铸坯宽面中心的力矩不断增加， 速、液位波动等主要工艺因素对黏结漏钢的影响，考 宽面的鼓胀、收缩及应力应变增大，由此导致局部区 察黏结时结晶器宽面热流、窄面热流以及窄面与宽 域结晶器与铸坯直接接触而黏结的可能性增加.因 面热流比值的变化，分析工艺因素、热流对宽厚板黏 此，从降低黏结的角度出发，在浇铸更宽断面的铸坯 结漏钢的影响，为宽厚板黏结漏钢的预防提供参考· 时，保护渣工况均匀性，以及窄面热流与锥度的控制 是需要格外关注的问题 实验条件 2.2拉速 宽厚板铸机为弧型板坯连铸机，铸机半径 与常规板坯一致，更高的拉速将导致宽厚板黏 10.75m,冶金长度28.8m.结晶器铜板长900mm, 结漏钢几率上升.图2是220mm厚不同宽度铸坯 铸坯宽度为1800~2700mm,主要生产断面为220 浇铸炉数比率和黏结次数随拉速的变化.出于顺行 mm和320mm的厚板坯，两种规格铸坯最高工作拉 和稳妥考虑，现场在浇铸宽厚板时多以较低的拉速 速分别为1.2和0.7mmin-1.为了细致考察铸坯 生产，如图2(a)所示.然而，三种断面随着拉速的 黏结的形成和发展过程，结晶器铜板采用大密度的 增加，黏结次数均明显增加，尽管拉速仅小幅提高 热电偶布置方式：在宽面密集埋设19列热电偶，间 0.05~0.1mmin-1,而黏结次数则迅速增加1倍或 距150mm,窄面1列：沿浇铸方向，着重关注弯月面 以上.以2090mm宽度铸坯为例，在1.1和1.2m· 及其之下附近区域的黏结和剧烈热交换，电偶分三 min-拉速下浇铸的炉数比分别为7.0%和6.1%， 排设置，分别距结晶器上口210、325和445mm,共 大体相同，其黏结次数由2次增至5次：对于断面更 布置120支热电偶，液位控制在100mm. 加宽大的2690mm铸坯，以1.0mmin1生产的炉数 比为6.6%，漏钢次数为4次，而以1.05mmin-1浇 2 浇铸工艺对黏结漏钢的影响 铸的炉数比仅约1.7%，却发生10次黏结.一方面， 通过对该铸机五个月的2216炉浇铸数据调查 拉速提高使结晶器内坯壳厚度减薄，造成铸坯单位 分析，同时对照现场黏结报警历史记录及对应的铜 面积渣耗下降，铸坯与结品器黏结的几率显著上升 板温度和浇铸工艺，以典型的黏结温度模式和黏结 尤其对于大断面铸坯、较高拉速下液渣流入与结晶 痕迹为判别依据，剔除误报后，确认有效黏结报警 器传热的均匀性控制更加值得注意.与常规板坯连 24例，作为本文后续统计分析的数据样本.下面分 铸相比，拉速对宽厚板黏结的影响更加显著.如何 别从铸坯尺寸、拉速、液位波动、黏结位置等方面，分 优化浇铸工艺，有效预防黏结，是进一步提高宽厚板 析宽厚板黏结漏钢工艺因素影响. 拉速需要考虑的首要问题

北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 性造成的． 一方面，目前的宽厚板大多覆盖中碳钢、 包晶钢、合金钢等钢种，浇铸难度大，裂纹敏感性强; 同时因断面和尺寸较大，特别是过大的宽度，保护渣 流入均匀性恶化，上述因素共同作用下的收缩不均 易诱发黏结、纵裂等表面缺陷［8 － 11］． 另一方面，与常 规板坯相比，宽厚板连铸拉速低，结晶器下口铸坯表 面温度明显下降，保护渣沿浇铸方向的服役温度区 间显著拉长，对保护渣的均匀熔化、流入、铺附、相变 以及稳定的渣耗提出了更高要求，是引发结晶器与 铸坯黏结的重要因素［12 － 13］，也是宽厚板有别于常规 板坯的特殊性． 此外，调研中发现，目前的漏钢预报 模型往往直接沿用常规板坯的温度阈值、报警门槛 或触发条件; 然而，因拉速、断面及保护渣服役条件 等因素差异明显，结晶器黏结的温度行为及预报算 法很难被直接复制，导致宽厚板漏钢报警准确率低， 误报率也维持在较高水平． 本文结合国内某宽厚板连铸生产现场，跟踪浇 铸过程中的实测数据，对经排查和确认后的 24 例黏 结漏钢样本进行分析统计，通过探讨铸坯尺寸、拉 速、液位波动等主要工艺因素对黏结漏钢的影响，考 察黏结时结晶器宽面热流、窄面热流以及窄面与宽 面热流比值的变化，分析工艺因素、热流对宽厚板黏 结漏钢的影响，为宽厚板黏结漏钢的预防提供参考． 1 实验条件 宽厚板 铸 机 为 弧 型 板 坯 连 铸 机，铸 机 半 径 10. 75 m，冶金长度 28. 8 m． 结晶器铜板长 900 mm， 铸坯宽度为 1800 ～ 2700 mm，主要生产断面为 220 mm 和 320 mm 的厚板坯，两种规格铸坯最高工作拉 速分别为 1. 2 和 0. 7 m·min － 1 ． 为了细致考察铸坯 黏结的形成和发展过程，结晶器铜板采用大密度的 热电偶布置方式: 在宽面密集埋设 19 列热电偶，间 距 150 mm，窄面 1 列; 沿浇铸方向，着重关注弯月面 及其之下附近区域的黏结和剧烈热交换，电偶分三 排设置，分别距结晶器上口 210、325 和 445 mm，共 布置 120 支热电偶，液位控制在 100 mm． 2 浇铸工艺对黏结漏钢的影响 通过对该铸机五个月的 2216 炉浇铸数据调查 分析，同时对照现场黏结报警历史记录及对应的铜 板温度和浇铸工艺，以典型的黏结温度模式和黏结 痕迹为判别依据，剔除误报后，确认有效黏结报警 24 例，作为本文后续统计分析的数据样本． 下面分 别从铸坯尺寸、拉速、液位波动、黏结位置等方面，分 析宽厚板黏结漏钢工艺因素影响． 2. 1 铸坯尺寸 根据调查，24 例黏结全部发生在现场浇铸 220 mm 厚的铸坯． 图 1 给出了 220 mm 厚不同宽度的铸 坯浇铸炉数比率与黏结比率． 其中，炉数比率为该 断面浇铸炉数与总浇铸炉数( 2216 炉) 的比率，黏结 比率为该断面黏结次数与总黏结次数( 24 次) 的比 率． 图 1 中可以看出，黏结主要发生在 2090、2290 和 2690 mm 宽度的铸坯，分别为 7 次、3 次、14 次，三 种尺寸铸坯的浇铸炉数占总浇铸炉数的 60. 8% ． 2090 和 2290 mm 宽度相近，合计发生黏结 10 次． 尽 管 2690 mm 浇铸的炉数比率仅为 13. 1% ，但发生 14 次黏结，占黏结总次数 58. 3% ． 在铸坯厚度相同的 前提下，结晶器与铸坯的黏结几率随铸坯宽度的增 大显著上升． 分析其中的原因，根据以往的渣耗统 计，单位面积渣耗随铸坯尺寸的增大而减小; 随铸坯 宽度增加，保护渣熔化与流入的均匀性显著降低，黏 结风险增大． 另一方面，在窄面热流与坯壳厚度变 化不大的情况下，浇铸更宽的铸坯时，因窄面收缩、 摩擦等作用而传向铸坯宽面中心的力矩不断增加， 宽面的鼓胀、收缩及应力应变增大，由此导致局部区 域结晶器与铸坯直接接触而黏结的可能性增加． 因 此，从降低黏结的角度出发，在浇铸更宽断面的铸坯 时，保护渣工况均匀性，以及窄面热流与锥度的控制 是需要格外关注的问题． 2. 2 拉速 与常规板坯一致，更高的拉速将导致宽厚板黏 结漏钢几率上升． 图 2 是 220 mm 厚不同宽度铸坯 浇铸炉数比率和黏结次数随拉速的变化． 出于顺行 和稳妥考虑，现场在浇铸宽厚板时多以较低的拉速 生产，如图 2( a) 所示． 然而，三种断面随着拉速的 增加，黏结次数均明显增加，尽管拉速仅小幅提高 0. 05 ～ 0. 1 m·min － 1 ，而黏结次数则迅速增加 1 倍或 以上． 以 2090 mm 宽度铸坯为例，在 1. 1 和 1. 2 m· min － 1 拉速下浇铸的炉数比分别为 7. 0% 和 6. 1% ， 大体相同，其黏结次数由 2 次增至 5 次; 对于断面更 加宽大的 2690 mm 铸坯，以 1. 0 m·min － 1 生产的炉数 比为 6. 6% ，漏钢次数为 4 次，而以 1. 05 m·min － 1 浇 铸的炉数比仅约 1. 7% ，却发生 10 次黏结． 一方面， 拉速提高使结晶器内坯壳厚度减薄，造成铸坯单位 面积渣耗下降，铸坯与结晶器黏结的几率显著上升． 尤其对于大断面铸坯、较高拉速下液渣流入与结晶 器传热的均匀性控制更加值得注意． 与常规板坯连 铸相比，拉速对宽厚板黏结的影响更加显著． 如何 优化浇铸工艺，有效预防黏结，是进一步提高宽厚板 拉速需要考虑的首要问题． ·758·

第6期 刘宇等：宽厚板连铸黏结漏钢的工艺因素 ·759· 70 度，避免挑渣圈、捞渣等人为因素破坏保护渣工况 Z☑炉数比率 2.4黏结位置 60 四黏结比率 图4给出了三种宽度22例宽面黏结出现的相 50 对位置.为排除不同铸坯断面宽度的影响，图中的 949 40 横坐标，代表黏结点距铸坯左侧角部距离与断面宽 度的比值，以此统一标记和分析黏结发生的相对位 20 置.在统计的24例黏结漏钢中，发生在外弧、内弧 宽面的黏结次数分别为15次和7次，其余2次发生 在窄面.为便于分析，将铸坯沿其宽度方向划分为 090mm×220mm2290m×220mm2690mm×220mm 铸还 近左侧（左角部至其宽度30%）、中心区域（铸流中 图1不同尺寸铸坏浇铸炉数比率及黏结次数比率 心左右各20%)及近右侧3个子区域.由图中可以 Fig.I Ratio of casting heat number and ratio of sticking breakout 看出，在外弧发生的15例黏结中，占半数以上的9 times for slabs with different dimensions 例发生在中心区域，而内弧的6例黏结则全部出现 在中心区域，中心区域出现黏结的几率明显高于两 30 a 侧.分析其中的原因，浇铸中的水口为双侧孔结构， 20 向下倾斜15°，插入深度距弯月面150mm左右.从 10 两个水口侧孔吐出的钢液以一定速度和角度向侧下 -2690mm 方流动，流股抵达窄面时形成上、下两个环流区.与 12) -.-2290mm --2090mm 常规连铸相比，因其过宽的断面和较低的拉速，上环 8 流区的钢液在向上回流至弯月面的过程中，由于动 4 一 能和热量的持续消耗，至弯月面时速度和温度己较 8900.95 1.001.051.101.151.201.251.30 低.虽然在人工推渣时对于水口附近给予了格外关 拉速mmim 注，尽量铺附均匀并确保渣层维持在合理厚度，但不 图2不同拉速下浇铸炉数比率和钻结漏钢次数 够活跃的液面，以及较差的化渣条件，仍给保护渣的 Fig.2 Ratio of casting heat number and sticking breakout times at 顺利熔化和均匀充填带来很大问题，可能是诱发黏 different casting speeds 结的直接原因.该组统计结果也体现出水口结构、 2.3液位波动 倾角、浸入深度等工艺在宽厚板浇铸中的重要性. 在拉速等工艺参数恒定的正常浇铸过程中，液 0-3 mm 位波动通常要求控制在±3mm以内，而在工艺调整 3-5mm 25% 5-10 mm 和人为操作时往往会引起液位出现较大幅度的波 ☐>10mm 动.对结晶器内的液位波动情况进行统计，结果如 25% 图3所示.在24例黏结中，仅有3例黏结的液位波 37.5% 动在正常范围以内，占12.5%，而超过该范围的黏 12.5% 结比率为87.5%.宽厚板连铸是一个十分复杂的过 图3液位波动对黏结漏钢的影响 程，钢种、拉速、浸入式水口、结晶器振动等均会对液 Fig.3 Influence of mould level fluctuation on sticking breakout 位波动产生影响，因此液位波动严格控制在±3mm 十分困难。由图3可知，发生黏结漏钢时液位波动 3 热流对黏结漏钢的影响 在3~5mm占总黏结次数37.5%.液位剧烈波动使 保护渣的熔化和流入的稳定性和均匀性遭到破坏， 热流是衡量结晶器内传热状况的重要参考.铸 造成黏结几率上升.需要说明的是，有3次黏结发 坯/结品器剧烈换热不仅直接决定铸机产能，也对铸 生在挑渣之后，提示挑渣过程不宜过快，以免造成保 坯质量和生产顺行具有重要影响.通常要求内外弧 护渣不能及时填充而导致断渣.此外，在6次液位 宽面和两侧窄面热流均匀一致，以免局部过大的热 波动超过10mm引起的黏结中，其中的3次黏结发 流导致收缩和应力不均，进而引发黏结、纵裂及其他 生在更换水口和换渣后的5min以内.因此，规范快 表面缺陷.为考察热流对黏结漏钢的影响，分别计 换水口、中间罐等工艺操作，建立合理的拉速升降制 算漏钢报警时刻的热流值和黏结漏钢前一段时间

第 6 期 刘 宇等: 宽厚板连铸黏结漏钢的工艺因素 图 1 不同尺寸铸坯浇铸炉数比率及黏结次数比率 Fig． 1 Ｒatio of casting heat number and ratio of sticking breakout times for slabs with different dimensions 图 2 不同拉速下浇铸炉数比率和黏结漏钢次数 Fig． 2 Ｒatio of casting heat number and sticking breakout times at different casting speeds 2. 3 液位波动 在拉速等工艺参数恒定的正常浇铸过程中，液 位波动通常要求控制在 ± 3 mm 以内，而在工艺调整 和人为操作时往往会引起液位出现较大幅度的波 动． 对结晶器内的液位波动情况进行统计，结果如 图 3 所示． 在 24 例黏结中，仅有 3 例黏结的液位波 动在正常范围以内，占 12. 5% ，而超过该范围的黏 结比率为 87. 5% ． 宽厚板连铸是一个十分复杂的过 程，钢种、拉速、浸入式水口、结晶器振动等均会对液 位波动产生影响，因此液位波动严格控制在 ± 3 mm 十分困难． 由图 3 可知，发生黏结漏钢时液位波动 在 3 ～ 5 mm 占总黏结次数 37. 5% ． 液位剧烈波动使 保护渣的熔化和流入的稳定性和均匀性遭到破坏， 造成黏结几率上升． 需要说明的是，有 3 次黏结发 生在挑渣之后，提示挑渣过程不宜过快，以免造成保 护渣不能及时填充而导致断渣． 此外，在 6 次液位 波动超过 10 mm 引起的黏结中，其中的 3 次黏结发 生在更换水口和换渣后的 5 min 以内． 因此，规范快 换水口、中间罐等工艺操作，建立合理的拉速升降制 度，避免挑渣圈、捞渣等人为因素破坏保护渣工况． 2. 4 黏结位置 图 4 给出了三种宽度 22 例宽面黏结出现的相 对位置． 为排除不同铸坯断面宽度的影响，图中的 横坐标，代表黏结点距铸坯左侧角部距离与断面宽 度的比值，以此统一标记和分析黏结发生的相对位 置． 在统计的 24 例黏结漏钢中，发生在外弧、内弧 宽面的黏结次数分别为 15 次和 7 次，其余 2 次发生 在窄面． 为便于分析，将铸坯沿其宽度方向划分为 近左侧( 左角部至其宽度 30% ) 、中心区域( 铸流中 心左右各 20% ) 及近右侧 3 个子区域． 由图中可以 看出，在外弧发生的 15 例黏结中，占半数以上的 9 例发生在中心区域，而内弧的 6 例黏结则全部出现 在中心区域，中心区域出现黏结的几率明显高于两 侧． 分析其中的原因，浇铸中的水口为双侧孔结构， 向下倾斜 15°，插入深度距弯月面 150 mm 左右． 从 两个水口侧孔吐出的钢液以一定速度和角度向侧下 方流动，流股抵达窄面时形成上、下两个环流区． 与 常规连铸相比，因其过宽的断面和较低的拉速，上环 流区的钢液在向上回流至弯月面的过程中，由于动 能和热量的持续消耗，至弯月面时速度和温度已较 低． 虽然在人工推渣时对于水口附近给予了格外关 注，尽量铺附均匀并确保渣层维持在合理厚度，但不 够活跃的液面，以及较差的化渣条件，仍给保护渣的 顺利熔化和均匀充填带来很大问题，可能是诱发黏 结的直接原因． 该组统计结果也体现出水口结构、 倾角、浸入深度等工艺在宽厚板浇铸中的重要性． 图 3 液位波动对黏结漏钢的影响 Fig． 3 Influence of mould level fluctuation on sticking breakout 3 热流对黏结漏钢的影响 热流是衡量结晶器内传热状况的重要参考． 铸 坯/结晶器剧烈换热不仅直接决定铸机产能，也对铸 坯质量和生产顺行具有重要影响． 通常要求内外弧 宽面和两侧窄面热流均匀一致，以免局部过大的热 流导致收缩和应力不均，进而引发黏结、纵裂及其他 表面缺陷． 为考察热流对黏结漏钢的影响，分别计 算漏钢报警时刻的热流值和黏结漏钢前一段时间 ·759·

·760 北京科技大学学报 第36卷 (a) 1.6m 00F 1.5 AA 14 2500 13- ■■ 台 ●● 12 : 1.1 ▲2690mm 1500 .2290mm 1.0 42690mm 。2090mm ■2290mmt 0.15 3 ◆2090mm 0.12 ▲M 0.09 2500 0.06 0.03 空2000 -0.03 1500 -0.06 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 黏结位置与铸坯宽度比值 0.900.951.001.051.101.151201.251.30 拉速有mmin 图4黏结漏钢发生在铸坯宽面的相对位置.()外弧：(b)内弧 图5结品器宽面热流随拉速及断面宽度的变化.()热流均值： Fig.4 Relative sticking positions during sticking breakout on the ()内外弧宽面热流差值 broad suefaces of slabs:(a)outer arc:(b)inner arc Fig.5 Changes in the mould heat flux of broad surfaces with casting (不少于5min)热流均值，统计并分析了黏结发生前 speed and slab width:(a)average heat flux of two broad surfaces: (b)heat flux difference between inner and outer are broad surfaces 结晶器宽面、窄面热流以及热流的相对变化 3.1结晶器宽面热流 该宽面的黏结风险”的结论.值得注意的是，由于弧 通过计算黏结报警时刻热流值，不同断面宽度 型铸机结晶器内、外弧铜板在结构、水槽与厚度等因 下结晶器宽面热流随拉速的变化如图5所示.由图 素上的差异，内外弧水量一般相差较大，本文中两侧 5(a)可知，三种宽度下热流都随着拉速的增加而显 宽面水量相差约22.5%，水量设计有欠合理，可能 著增大，与其他板坯连铸中热流与拉速的规律相 是引起两侧宽面冷却不对称的重要原因. 同.对于宽度为2090mm的铸坯，在拉速由1.1 1.6 提升至1.2m·min-时，热流升高约0.2MW·m-2, 外弧黏结 ▲2690m 且波动的范围明显增大.另一方面，在浇铸2690mm ■2290mm 。2090mm 断面时，尽管其拉速较低，拉速1.05mmin-的热流 变化幅度明显超过较窄的断面，上下浮动近0.3 MWm-2.图5(b)中，拉速对内外弧热流均匀性的 影响较小，内外弧热流差异随着铸坯宽度的增加而 增大，断面宽度是影响热流差异的主导因素.以上 内弧黏结 △2690mm 结果说明，浇铸较宽铸坯其结晶器热流波动要大于 2290 mm o 2090 mm 较窄铸坯，同时增大了浇铸过程中的控制难度，特别 1.0 11 1.2 1.314 1.5 1.6 是在拉速较高的情况下. 内弧热流IW·m 图6给出了不同宽度发生黏结时，内弧热流与 外弧热流的对比情况.与上述结果相同，内外弧热 图6内弧与外弧宽面热流对比 Fig.6 Comparison of mould heat flux between the inner and outer 流偏差随断面宽度的增加而加大.以热流偏差 arc surfaces ±0.5MW·m-2为界，有11例黏结发生在热流偏差 超过0.5MW·m2的条件下.需要指出，在所有黏结 3.2热流波动 样本中，发生于外弧、内弧的次数各为15次和7次， 根据常规连铸的经验，黏结漏钢前热流有时会 外弧的黏结次数是内弧的2倍以上：而在图6中的 呈现异常变化，在漏钢前的数秒至数分钟内，出现急 多数情况下，外弧热流普遍高于内弧热流，尽管通过 剧的上升或下降趋势.对漏钢预报系统发生黏结报 以上数据无法得出“一侧宽面更高的热流可能增加 警时的实测热流，与之前一段时间内（不少于5min)

北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 图 4 黏结漏钢发生在铸坯宽面的相对位置． ( a) 外弧; ( b) 内弧 Fig． 4 Ｒelative sticking positions during sticking breakout on the broad suefaces of slabs: ( a) outer arc; ( b) inner arc ( 不少于 5 min) 热流均值，统计并分析了黏结发生前 结晶器宽面、窄面热流以及热流的相对变化． 3. 1 结晶器宽面热流 通过计算黏结报警时刻热流值，不同断面宽度 下结晶器宽面热流随拉速的变化如图 5 所示． 由图 5( a) 可知，三种宽度下热流都随着拉速的增加而显 著增大，与其他板坯连铸中热流与拉速的规律相 同［14］． 对于宽度为 2090 mm 的铸坯，在拉速由 1. 1 提升至 1. 2 m·min － 1 时，热流升高约 0. 2 MW·m － 2 ， 且波动的范围明显增大． 另一方面，在浇铸2690 mm 断面时，尽管其拉速较低，拉速 1. 05 m·min － 1 的热流 变化幅度明显超过较窄的断面，上 下 浮 动 近 0. 3 MW·m － 2 ． 图 5( b) 中，拉速对内外弧热流均匀性的 影响较小，内外弧热流差异随着铸坯宽度的增加而 增大，断面宽度是影响热流差异的主导因素． 以上 结果说明，浇铸较宽铸坯其结晶器热流波动要大于 较窄铸坯，同时增大了浇铸过程中的控制难度，特别 是在拉速较高的情况下． 图 6 给出了不同宽度发生黏结时，内弧热流与 外弧热流的对比情况． 与上述结果相同，内外弧热 流偏差随断面宽度的增加而加大． 以 热 流 偏 差 ± 0. 5 MW·m － 2 为界，有 11 例黏结发生在热流偏差 超过 0. 5 MW·m － 2 的条件下． 需要指出，在所有黏结 样本中，发生于外弧、内弧的次数各为 15 次和 7 次， 外弧的黏结次数是内弧的 2 倍以上; 而在图 6 中的 多数情况下，外弧热流普遍高于内弧热流，尽管通过 以上数据无法得出“一侧宽面更高的热流可能增加 图 5 结晶器宽面热流随拉速及断面宽度的变化． ( a) 热流均值; ( b) 内外弧宽面热流差值 Fig． 5 Changes in the mould heat flux of broad surfaces with casting speed and slab width: ( a) average heat flux of two broad surfaces; ( b) heat flux difference between inner and outer arc broad surfaces 该宽面的黏结风险”的结论． 值得注意的是，由于弧 型铸机结晶器内、外弧铜板在结构、水槽与厚度等因 素上的差异，内外弧水量一般相差较大，本文中两侧 宽面水量相差约 22. 5% ，水量设计有欠合理，可能 是引起两侧宽面冷却不对称的重要原因． 图 6 内弧与外弧宽面热流对比 Fig． 6 Comparison of mould heat flux between the inner and outer arc surfaces 3. 2 热流波动 根据常规连铸的经验，黏结漏钢前热流有时会 呈现异常变化，在漏钢前的数秒至数分钟内，出现急 剧的上升或下降趋势． 对漏钢预报系统发生黏结报 警时的实测热流，与之前一段时间内( 不少于 5 min) ·760·

第6期 刘宇等：宽厚板连铸黏结漏钢的工艺因素 ·761· 稳定工况下的热流均值进行了比对，黏结报警时刻 显过大，最高则近130%.针对这一问题，可初步判 热流值与热流均值的百分比分布情况如图7所示. 断与窄面水量与锥度过大有关，有必要对上述工艺 从图中可以看出，黏结前热流的增加或降低趋势并 进行优化和改进 不明显，且有70.9%的情况下热流波动的幅度在± 5%以内.可以推测，与常规板坯和薄板坯相比，若 4结论 铸坯与结晶器黏结区域的面积相近，由于宽厚板面 (1)断面宽大、保护渣工况有欠稳定，是诱发宽 积更大，黏结引起热流异常变化的相对水平则因此 厚板黏结的首要原因，也是其铸坯质量与生产顺行 下降.由此也说明，结晶器热流对于宽厚板的黏结 易受干扰，有别于常规板坯的首要因素.黏结次数 行为反映不够灵敏，很难作为预报铸坯黏结的主要 随拉速升高和液位波动加剧而显著增加，黏结易发 依据 生在铸坯宽面中心区域，其与水口深度、侧孔形状、 80 角度等因素有关.此外，合理控制浇铸宽厚板时的 结晶器热流，防止两侧宽面热流差异过大，严格限制 窄面的过度冷却，也应予以足够重视 40 (2)鉴于宽厚板黏结漏钢代价高昂，为了对浇 铸中的黏结进行准确预报，特别是做到积极主动预 防，还应在从促进结晶器内铸坯冷却与凝固均匀性 12.5 83 的角度出发，从源头上系统理顺结晶器一冷制度与 浇铸工艺.避免对常规板坯连铸工艺的照搬和直接 >-10% -5%-10%-5%、-5% 5%-10% 热流变化 复制，合理设计包括保护渣、水口、结晶器冷却与锥 度等一些列环节，在规范人为操作的前提下，逐步摸 图7黏结漏钢前结品器热流波动情况 Fig.7 Mould heat flux fluctuation before sticking breakout 索和建立成熟的宽厚板坯连铸生产制度，为拉速的 进一步提高和生产优质宽厚板坯奠定可靠基础. 3.3窄面热流 适宜的窄面和角部坯壳厚度对宽面起到“牵 参考文献 引”和“约束”作用，过厚、过薄可能导致宽面的鼓胀 [Qu T P,Han Z W,Feng K,et al.Production practice of 420 mm 或凹陷，进而增加铸坯与结晶器直接接触和黏结的 slab continuous casting in steel plant.Contin Cast,2012(4):23 风险.考虑到铸坯窄面与结晶器的接触面积远小于 (屈天鹏，韩志伟，冯科，等.420mm特厚板坯连铸机生产实 宽面，同时因近角部的二维冷却，浇铸板坯时窄面热 践.连铸，2012(4)：23) 2] 流宜略低于宽面，通常将其控制在宽面热流的77% Ma C W.Analysis of process problems for extrathickness slab ~90%.笔者分别计算窄面与宽面黏结前一段 caster.Contin Cast,2011(4):1 (马春武.对特厚板坯连铸机工艺问题的探讨.连铸，2011 时间内的热流均值及其比值.在图8中，24例黏结 (4):1) 中仅有3例的窄面热流在其范围之内，大多数情况 B] Ma RJ,Zhen XG.Especially thick slab continuous casting quali- 下，窄面宽面热流的比值已远远超过该控制区间，明 ty defects and the control.Contin Cast,2011(Suppl):67 160 (马瑞金，甄新刚.特厚板坯连铸质量缺陷及控制.连铸， ·外弧 2011(增刊)：67) 内弧 芝140 右窄 Qin X,Zhu C F,Zheng L W,et al.Molten steel breakout predic- 量 tion based on thermal friction measurement.ron Steel ResInt, 120 2011,18(4):24 [Zhang B G,Li Q,Wang G,et al.Breakout prediction based on 100 improved BP neural network in continuous casting process.China Mech Eng,2012,23(2):204 80 (张本国，李强，王葛，等.基于改进BP神经网络的连铸漏钢 预报.中国机械工程，2012,23(2)：204) 60 0 4 8121620 24 Qin X,Zhu C F.Yin Y R,et al.Forecasting of molten steel 黏结实例 breakouts for the slab continuous casters with hydraulic servo os- 图8黏结漏钢时窄面与宽面热流比值 cillation systems.Iron Steel,2010.45(11):97 Fig.8 Mould heat flux ratio of the narrow surface to the broad sur- (秦旭，朱超甫，尹延荣，等.液压伺服振动式板坯连铸机的 face while sticking breakout 漏钢预报技术.钢铁，2010,45(11)：97)

第 6 期 刘 宇等: 宽厚板连铸黏结漏钢的工艺因素 稳定工况下的热流均值进行了比对，黏结报警时刻 热流值与热流均值的百分比分布情况如图 7 所示． 从图中可以看出，黏结前热流的增加或降低趋势并 不明显，且有 70. 9% 的情况下热流波动的幅度在 ± 5% 以内． 可以推测，与常规板坯和薄板坯相比，若 铸坯与结晶器黏结区域的面积相近，由于宽厚板面 积更大，黏结引起热流异常变化的相对水平则因此 下降． 由此也说明，结晶器热流对于宽厚板的黏结 行为反映不够灵敏，很难作为预报铸坯黏结的主要 依据． 图 7 黏结漏钢前结晶器热流波动情况 Fig． 7 Mould heat flux fluctuation before sticking breakout 图 8 黏结漏钢时窄面与宽面热流比值 Fig． 8 Mould heat flux ratio of the narrow surface to the broad sur￾face while sticking breakout 3. 3 窄面热流 适宜的窄面和角部坯壳厚度对宽面起到“牵 引”和“约束”作用，过厚、过薄可能导致宽面的鼓胀 或凹陷，进而增加铸坯与结晶器直接接触和黏结的 风险． 考虑到铸坯窄面与结晶器的接触面积远小于 宽面，同时因近角部的二维冷却，浇铸板坯时窄面热 流宜略低于宽面，通常将其控制在宽面热流的 77% ～ 90%［15］． 笔者分别计算窄面与宽面黏结前一段 时间内的热流均值及其比值． 在图 8 中，24 例黏结 中仅有 3 例的窄面热流在其范围之内，大多数情况 下，窄面宽面热流的比值已远远超过该控制区间，明 显过大，最高则近 130% ． 针对这一问题，可初步判 断与窄面水量与锥度过大有关，有必要对上述工艺 进行优化和改进． 4 结论 ( 1) 断面宽大、保护渣工况有欠稳定，是诱发宽 厚板黏结的首要原因，也是其铸坯质量与生产顺行 易受干扰，有别于常规板坯的首要因素． 黏结次数 随拉速升高和液位波动加剧而显著增加，黏结易发 生在铸坯宽面中心区域，其与水口深度、侧孔形状、 角度等因素有关． 此外，合理控制浇铸宽厚板时的 结晶器热流，防止两侧宽面热流差异过大，严格限制 窄面的过度冷却，也应予以足够重视． ( 2) 鉴于宽厚板黏结漏钢代价高昂，为了对浇 铸中的黏结进行准确预报，特别是做到积极主动预 防，还应在从促进结晶器内铸坯冷却与凝固均匀性 的角度出发，从源头上系统理顺结晶器一冷制度与 浇铸工艺． 避免对常规板坯连铸工艺的照搬和直接 复制，合理设计包括保护渣、水口、结晶器冷却与锥 度等一些列环节，在规范人为操作的前提下，逐步摸 索和建立成熟的宽厚板坯连铸生产制度，为拉速的 进一步提高和生产优质宽厚板坯奠定可靠基础． 参 考 文 献 ［1］ Qu T P，Han Z W，Feng K，et al． Production practice of 420 mm slab continuous casting in steel plant． Contin Cast，2012( 4) : 23 ( 屈天鹏，韩志伟，冯科，等． 420 mm 特厚板坯连铸机生产实 践． 连铸，2012( 4) : 23) ［2］ Ma C W． Analysis of process problems for extra-thickness slab caster． Contin Cast，2011( 4) : 1 ( 马春武． 对特厚板坯连铸机工艺问题的探讨． 连铸，2011 ( 4) : 1) ［3］ Ma Ｒ J，Zhen X G． Especially thick slab continuous casting quali￾ty defects and the control． Contin Cast，2011( Suppl) : 67 ( 马瑞金，甄新刚． 特厚板坯连铸质量缺陷及控制． 连 铸， 2011( 增刊) : 67) ［4］ Qin X，Zhu C F，Zheng L W，et al． Molten steel breakout predic￾tion based on thermal friction measurement． J Iron Steel Ｒes Int， 2011，18( 4) : 24 ［5］ Zhang B G，Li Q，Wang G，et al． Breakout prediction based on improved BP neural network in continuous casting process． China Mech Eng，2012，23( 2) : 204 ( 张本国，李强，王葛，等． 基于改进 BP 神经网络的连铸漏钢 预报． 中国机械工程，2012，23( 2) : 204) ［6］ Qin X，Zhu C F，Yin Y Ｒ，et al． Forecasting of molten steel breakouts for the slab continuous casters with hydraulic servo os￾cillation systems． Iron Steel，2010，45( 11) : 97 ( 秦旭，朱超甫，尹延荣，等． 液压伺服振动式板坯连铸机的 漏钢预报技术． 钢铁，2010，45( 11) : 97) ·761·

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