钢铁行业绿色发展的一个新起点是超低排放，以高拉速为主题的高效连铸是实现连铸 连轧的前提，体现了钢铁生产流程的高效、绿色化发展方向叫。与冷装轧制工艺相比，直轧 工艺的能耗可降低80%、生产周期可缩短97%。当前我国连铸整体水平与国际先进水平相比 还存在差距，特别是在高速连铸方面。日本EF福山厂5和6号板坯连铸机生产的低碳和 超低碳钢拉速均达到2.5mmin',最高拉速可达到3.0mmin1l:韩国浦项光阳厂2和3号 板坯连铸机低碳铝镇静钢拉速为2.7m~min、超低碳铝镇静钢拉速为2.5m~minl。然而， 目前我国板坯的工作拉速大都在1.4~1.6mmin1,只有首钢曹妃甸板坯连铸机稳定拉速为 2.05mmin、最高达到2.5mmin2,。包晶钢属于中碳钢系列，其成分范围包括高强低合金 钢以及先进高强钢等，但由于此类钢凝固过程发生包品反应(L+6·Y)伴随包晶相变 (δ一Y)而引发最大的坯壳线收缩和结晶器与凝固坯壳之间最大的气隙形成、非均匀凝 固加剧6，从而使连铸过程中热通量下降、凝固坯壳局部的热点和减薄，导致铸坯表面凹陷、 裂纹和漏钢口。包晶钢已成为难度最大的连铸钢种之一，目前，日本企碳纲的最高拉速 为2.0mmin),韩国企业的最高拉速为1.8mmin,而我国包晶钢的拉速基本在 1.2~l4mmin。为适应行业绿色低碳发展要求和增强自身竞争丸肖企业普遍关注和正 在着力发展高拉速连铸技术。随着拉速的提升，连铸过程面临卷渣夹渣、裂纹、偏析、漏钢 等诸多问题，其中裂纹和漏钢频发，严重影响顺行，成为最大挑战。因此，高拉速条件下 如何解决尤其是包晶钢连铸结晶器内凝固坯壳的均匀性问题，是实现高速连铸的关键。本 文以铸坯断面226mm×1289mm的某高强船板钢（主要化学成分C0.15%、Si0.25%、Mn 1.50%、P0.015%、S0.008%:浇铸温度1541C) 为对象 阐述分析高拉速条件下包晶钢板 坯连铸结晶器内的凝固传热行为特征，以及实现凝固坯壳均匀生长的内腔结构、保护渣、振 动和液面控制等结晶器高效传热技术。 1高速连铸结晶器凝因传热特物 已有的研究及实践均表明，拉速提升各种还型和钢种的连铸结晶器内热通量均增加， 只是增加的程度不同而异⑧，叨。Kanazawa等研究表明图，中碳钢的拉速要明显低于低碳钢， 其临界热通量为2MWm2,而低碳钢的则为3MWm2。究其原因就是包晶钢在凝固过程发 生包晶反应和6→Y相变的殊性所决定，其中相变体积收缩可达2.5%~3.0%m。图1是碳 含量0.15%的包晶钢在不同拉速下结晶器窄面中心热通量沿高度方向的分布，可以看出， 拉速提高，热通量增加但由天在结晶器内钢液的凝固时间和保护渣的消耗量降低，坯壳 与结晶器铜壁间的润滑变得越来越差，导致出结晶器坯壳厚度减薄。如图2所示，拉速由 1.4mmin提升全1.6mmin和1.8mmin时，可以发现出结晶器坯壳厚度相应减少约 10%,其厚度变得越来越不安全，承受各种应力应变的能力变得越来越弱，而且不稳定的 鼓肚加剧并引发结晶器液面的大幅波动，不仅导致液面卷渣，而且严重影响保护渣渣道内 的润滑和，固均匀性，发生漏钢、裂纹等风险几率不断加大。因此，揭示掌握包晶钢连铸时 拉速对结晶器内坯壳凝固传热和应力的影响规律，对于高速连铸工艺技术的开发具有重要 意义。钢铁行业绿色发展的一个新起点是超低排放，以高拉速为主题的高效连铸是实现连铸 连轧的前提，体现了钢铁生产流程的高效、绿色化发展方向[1]。与冷装轧制工艺相比，直轧 工艺的能耗可降低 80%、生产周期可缩短 97%。当前我国连铸整体水平与国际先进水平相比 还存在差距，特别是在高速连铸方面[2]。日本 JEF 福山厂 5 和 6 号板坯连铸机生产的低碳和 超低碳钢拉速均达到 2.5 m·min-1，最高拉速可达到 3.0 m·min-1 [3]；韩国浦项光阳厂 2 和 3 号 板坯连铸机低碳铝镇静钢拉速为 2.7 m·min-1、超低碳铝镇静钢拉速为 2.5 m·min-1 [4]。然而， 目前我国板坯的工作拉速大都在 1.4 ~1.6 m·min-1，只有首钢曹妃甸板坯连铸机稳定拉速为 2.05 m·min-1、最高达到 2.5 m·min-1 [2,5]。包晶钢属于中碳钢系列，其成分范围包括高强低合金 钢以及先进高强钢等，但由于此类钢凝固过程发生包晶反应（L+δ→γ）伴随包晶相变 （δ→γ）而引发最大的坯壳线收缩和结晶器与凝固坯壳之间最大的气隙形成、非均匀凝 固加剧[6]，从而使连铸过程中热通量下降、凝固坯壳局部的热点和减薄，导致铸坯表面凹陷、 裂纹和漏钢[7]。包晶钢已成为难度最大的连铸钢种之一，目前，日本企业中碳钢的最高拉速 为 2.0 m·min-1 [3]，韩国企业的最高拉速为 1.8 m·min-1 [4]，而我国包晶钢的拉速基本在 1.2~1.4 m·min-1。为适应行业绿色低碳发展要求和增强自身竞争力，当前企业普遍关注和正 在着力发展高拉速连铸技术。随着拉速的提升，连铸过程面临卷渣、夹渣、裂纹、偏析、漏钢 等诸多问题，其中裂纹和漏钢频发，严重影响顺行，成为最大挑战。因此，高拉速条件下 如何解决尤其是包晶钢连铸结晶器内凝固坯壳的均匀性问题，是实现高速连铸的关键。本 文以铸坯断面 226mm×1289mm 的某高强船板钢（主要化学成分：C 0.15%、Si 0.25%、Mn 1.50%、P 0.015%、S 0.008%；浇铸温度 1541℃）为对象，阐述分析高拉速条件下包晶钢板 坯连铸结晶器内的凝固传热行为特征，以及实现凝固坯壳均匀生长的内腔结构、保护渣、振 动和液面控制等结晶器高效传热技术。 1 高速连铸结晶器凝固传热特征 已有的研究及实践均表明，拉速提升各种坯型和钢种的连铸结晶器内热通量均增加， 只是增加的程度不同而异[8,9]。Kanazawa 等研究表明[8]，中碳钢的拉速要明显低于低碳钢， 其临界热通量为 2 MW·m-2，而低碳钢的则为 3 MW·m-2。究其原因就是包晶钢在凝固过程发 生包晶反应和 δ→γ 相变的特殊性所决定，其中相变体积收缩可达 2.5%~3.0%[7]。图 1 是碳 含量 0.15%的包晶钢在不同拉速下结晶器窄面中心热通量沿高度方向的分布，可以看出， 拉速提高，热通量增加，但由于在结晶器内钢液的凝固时间和保护渣的消耗量降低，坯壳 与结晶器铜壁间的润滑变得越来越差，导致出结晶器坯壳厚度减薄。如图 2 所示，拉速由 1.4 m·min-1 提升至 1.6 m·min-1 和 1.8m·min-1 时，可以发现出结晶器坯壳厚度相应减少约 10%，其厚度变得越来越不安全，承受各种应力应变的能力变得越来越弱，而且不稳定的 鼓肚加剧并引发结晶器液面的大幅波动，不仅导致液面卷渣，而且严重影响保护渣渣道内 的润滑和凝固均匀性，发生漏钢、裂纹等风险几率不断加大。因此，揭示掌握包晶钢连铸时 拉速对结晶器内坯壳凝固传热和应力的影响规律，对于高速连铸工艺技术的开发具有重要 意义。 录用稿件，非最终出版稿