.174 北京科技大学学报 2009年增刊1 于铸坯鼓肚[可]；Siyasiya等[对不锈钢的侧面鼓肚 平台边上，在铸坯的正上方约10m高处，避免铸坯 进行了研究：催立新等门、陈志平等8]研究了轻压 辐射对镜头的灼损，该测量装置的精度可以达到 下对铸坯侧面鼓肚的影响，但文献对铸坯展宽现象 1mm 却少有报道.本文作者通过五个板坯连铸厂结晶 2.3目标展宽率、表观收缩率和线收缩率之间的 器设置数据的调查，对铸坯展宽的普遍性进行了研 关系 究，得出板坯连铸过程展宽现象普遍存在的结论 板坯连铸厂通常根据理论计算、生产经验以及 实际铸坯的尺寸反馈等综合措施保证铸坯能够达到 2展宽矫正的方法 需要的目标尺寸（定尺）·排除偶然因素的情况，在 2.1铸坯展宽指标 稳定连续生产的情况下，连铸工厂为了给后面的轧 为了定量衡量铸坯的展宽幅度，特提出以下两 制工序提供合格的铸坯，无论是否产生展宽，生产者 个衡量铸坯展宽的指标、 都会根据铸坯的实际宽度的反馈，来调整结晶器上、 表观收缩率(S): 下口尺寸的设置值，以生产符合目标尺寸的铸坯 S=(U/W-1)×100% (1) 所以在稳定生产的情况下，可以近似认为冷却铸坯 目标展宽率(B): 的尺寸等于目标宽度，此时计算铸坯表观收缩率时， B=(W/T-1)×100% (2) 可用铸坯的目标尺寸代替实际尺寸进行计算，考虑 其中，U为结晶器上口尺寸，mm;W为坯子宽度， 到结晶器上口尺寸的操作方便及实际生产中结晶器 mm;T为目标尺寸，mm, 下口会产生气隙0，引起误差，故选用结晶器上口 表观收缩率用于衡量收缩率的大小，若结晶器 尺寸作为基准. 上口尺寸大于铸坯宽度，其值为正，反之为负，该指 连铸过程是明显的降温过程，铸坯的冷却收缩 标数值可用于控制结晶器尺寸的设定；目标展宽率 在结晶器内、二冷段和空冷段均存在，收缩量大小与 衡量展宽率的大小，若铸坯尺寸大于目标宽度，表观 降温幅度和钢种的收缩系数（热膨胀系数）有关，连 收缩率为正，反之为负，该指标可用于定量衡量铸坯 铸过程铸坯的收缩量基本恒定， 展宽，由于铸坯出铸机后不再继续展宽，且在此位 在结晶器中的俦坯由于边部有约束，相当于对 置的连铸平台上方易于安装测量装置，便于测量铸 铸坯侧面刚性固定，铸坯无法展宽；在二冷区前部含 坯宽度，故可用出铸机时铸坯的宽度测量值，计算铸 液芯区，坯壳由于缺少边部约束，在内部钢液压力和 坯的目标展宽率、表观收缩率，这样两项指标和结晶 外部各种力的作用下产生展宽山]；二冷区全凝后及 器上口尺寸和目标宽度便建立了联系 空冷区，由于无钢液压力作用，铸坯不展宽 2.2结晶器和铸坯宽度的测量 可见铸坯收缩和铸坯的展宽是铸坯连铸过程共 准确测量结晶器尺寸是矫正铸坯展宽的前提 存的两种现象，铸坯收缩在连铸全程均存在，而展宽 结晶器的尺寸包括结晶器上口尺寸、结晶器下口尺 现象只在二冷区前段存在·铸坯宽度尺寸的变化是 寸和结晶器两侧面的锥度.结晶器上口尺寸可用尺 铸坯展宽与冷却收缩两种现象叠加作用的结果.铸 子直接测量；结晶器两侧面的锥度可用锥度仪测量； 坯的宽度等于结晶器上口尺寸减去铸坯的收缩量， 结晶器下口尺寸可由结晶器上口尺寸减去两侧的锥 再加上铸坯的展宽量，即 度间接得到 W=U-U·r…△t十△D (3) 测量铸坯宽度的目的是为了准确把握铸坯的展 其中，△D为铸坯的展宽量；△t为温度降低值，℃；r 宽量，为矫正不同钢种的展宽提供实测数据，为精 为钢种单位温度的线收缩率，10-5.℃-1. 确测量铸坯的展宽量，特设计了热态铸坯在线测宽 将式(3)两侧同除以W整理得： 装置，用于在线连续测量铸坯宽度的变化，装置包 S=U·r.△t/W-△D/W (4) 括：光学镜头（定焦镜头、变焦镜头）、数字摄像机、 若忽略U、W、T三个尺寸在式(4)分母上的微 1394数据线、PC机、控制软件.其工作原理如下：数 小差别，可以得出： 字摄像机对热铸坯进行红外线光学摄影，控制软件 S=R-B (5) 对数字摄像机摄取的像素按指定频率读取，通过色 式中，R为铸坯的线收缩率，R=r·△t; 差处理程序对热铸坯图像识别，并将像素图形文件 铸坯的表观收缩率等于铸坯的线收缩率与目标 转换为像素的数字值存储，达到俦坯宽度的在线连 展宽率的差，根据铸坯的表观收缩率以及材料的线 续测宽，该装置可安装在连铸机出口处上方的连铸 收缩率便可以计算铸坯的目标展宽率，于铸坯鼓肚［1—5］；Siyasiya 等［6］对不锈钢的侧面鼓肚 进行了研究；催立新等［7］、陈志平等［8］ 研究了轻压 下对铸坯侧面鼓肚的影响．但文献对铸坯展宽现象 却少有报道．本文作者［9］通过五个板坯连铸厂结晶 器设置数据的调查‚对铸坯展宽的普遍性进行了研 究‚得出板坯连铸过程展宽现象普遍存在的结论． 2 展宽矫正的方法 2∙1 铸坯展宽指标 为了定量衡量铸坯的展宽幅度‚特提出以下两 个衡量铸坯展宽的指标． 表观收缩率（ S）： S＝（ U／W—1）×100％ （1） 目标展宽率（B）： B＝（ W／T—1）×100％ （2） 其中‚U 为结晶器上口尺寸‚mm；W 为坯子宽度‚ mm；T 为目标尺寸‚mm． 表观收缩率用于衡量收缩率的大小‚若结晶器 上口尺寸大于铸坯宽度‚其值为正‚反之为负‚该指 标数值可用于控制结晶器尺寸的设定；目标展宽率 衡量展宽率的大小‚若铸坯尺寸大于目标宽度‚表观 收缩率为正‚反之为负‚该指标可用于定量衡量铸坯 展宽．由于铸坯出铸机后不再继续展宽‚且在此位 置的连铸平台上方易于安装测量装置‚便于测量铸 坯宽度‚故可用出铸机时铸坯的宽度测量值‚计算铸 坯的目标展宽率、表观收缩率‚这样两项指标和结晶 器上口尺寸和目标宽度便建立了联系． 2∙2 结晶器和铸坯宽度的测量 准确测量结晶器尺寸是矫正铸坯展宽的前提． 结晶器的尺寸包括结晶器上口尺寸、结晶器下口尺 寸和结晶器两侧面的锥度．结晶器上口尺寸可用尺 子直接测量；结晶器两侧面的锥度可用锥度仪测量； 结晶器下口尺寸可由结晶器上口尺寸减去两侧的锥 度间接得到． 测量铸坯宽度的目的是为了准确把握铸坯的展 宽量‚为矫正不同钢种的展宽提供实测数据．为精 确测量铸坯的展宽量‚特设计了热态铸坯在线测宽 装置‚用于在线连续测量铸坯宽度的变化．装置包 括：光学镜头（定焦镜头、变焦镜头）、数字摄像机、 1394数据线、PC 机、控制软件．其工作原理如下：数 字摄像机对热铸坯进行红外线光学摄影‚控制软件 对数字摄像机摄取的像素按指定频率读取‚通过色 差处理程序对热铸坯图像识别‚并将像素图形文件 转换为像素的数字值存储‚达到铸坯宽度的在线连 续测宽．该装置可安装在连铸机出口处上方的连铸 平台边上‚在铸坯的正上方约10m 高处‚避免铸坯 辐射对镜头的灼损．该测量装置的精度可以达到 1mm． 2∙3 目标展宽率、表观收缩率和线收缩率之间的 关系 板坯连铸厂通常根据理论计算、生产经验以及 实际铸坯的尺寸反馈等综合措施保证铸坯能够达到 需要的目标尺寸（定尺）．排除偶然因素的情况‚在 稳定连续生产的情况下‚连铸工厂为了给后面的轧 制工序提供合格的铸坯‚无论是否产生展宽‚生产者 都会根据铸坯的实际宽度的反馈‚来调整结晶器上、 下口尺寸的设置值‚以生产符合目标尺寸的铸坯． 所以在稳定生产的情况下‚可以近似认为冷却铸坯 的尺寸等于目标宽度‚此时计算铸坯表观收缩率时‚ 可用铸坯的目标尺寸代替实际尺寸进行计算．考虑 到结晶器上口尺寸的操作方便及实际生产中结晶器 下口会产生气隙［10］‚引起误差‚故选用结晶器上口 尺寸作为基准． 连铸过程是明显的降温过程‚铸坯的冷却收缩 在结晶器内、二冷段和空冷段均存在‚收缩量大小与 降温幅度和钢种的收缩系数（热膨胀系数）有关‚连 铸过程铸坯的收缩量基本恒定． 在结晶器中的铸坯由于边部有约束‚相当于对 铸坯侧面刚性固定‚铸坯无法展宽；在二冷区前部含 液芯区‚坯壳由于缺少边部约束‚在内部钢液压力和 外部各种力的作用下产生展宽［11］；二冷区全凝后及 空冷区‚由于无钢液压力作用‚铸坯不展宽． 可见铸坯收缩和铸坯的展宽是铸坯连铸过程共 存的两种现象‚铸坯收缩在连铸全程均存在‚而展宽 现象只在二冷区前段存在．铸坯宽度尺寸的变化是 铸坯展宽与冷却收缩两种现象叠加作用的结果．铸 坯的宽度等于结晶器上口尺寸减去铸坯的收缩量‚ 再加上铸坯的展宽量‚即 W＝ U— U·r·Δ t＋Δw （3） 其中‚Δw 为铸坯的展宽量；Δt 为温度降低值‚℃；r 为钢种单位温度的线收缩率‚10—5·℃—1． 将式（3）两侧同除以 W 整理得： S＝ U·r·Δt／W—Δw／W （4） 若忽略 U、W、T 三个尺寸在式（4）分母上的微 小差别‚可以得出： S＝ R—B （5） 式中‚R 为铸坯的线收缩率‚R＝ r·Δt； 铸坯的表观收缩率等于铸坯的线收缩率与目标 展宽率的差‚根据铸坯的表观收缩率以及材料的线 收缩率便可以计算铸坯的目标展宽率． ·174· 北 京 科 技 大 学 学 报 2009年 增刊1