0 前言

安钢第二炼轧厂宽板坯连铸机投产于2005年，由于其宽厚比大，以铸坯表面纵裂纹为代表的铸坯质量缺陷控制困难，因此钢水成分设计时尽可能避开包晶钢成分(即钢中碳含量0.09%～0.14%)。但随着产品开发需要，某些钢种的成分设计无法避开包晶钢范围，超宽板坯在生产包晶钢的过程中，遇到结晶器液面波动的问题，对连铸机生产安全和铸坯质量构成较大威胁，在对液面波动原因进行分析的基础上，采取对应措施，解决了这一难题，保证了超宽板坯连铸机包晶钢的顺利生产。

“下一代机构知识库”要解决的课题很多，但对国内图书馆来说，有两个问题需要先解决，一是相当一部分大学图书馆仍以印刷型资源为主体，即使有数字资源也是订阅型或者复制型的；二是机构知识库还不普遍，即使有也还停留在机构知识库的早期阶段。因此，我国对“下一代机构知识库”建设的需求并没有欧美那样迫切。

1 超宽板坯生产包晶钢结晶器液面波动问题

1.1 安钢超宽板坯连铸机主要参数

安钢超宽板坯连铸机投产于2005年8月，主要设备及技术从西马克公司引进，其工艺参数见表1。

1.2 超宽板坯结晶器液面控制系统简介

 

表1 安钢超宽板坯连铸机的主要技术参数

  

项目工艺参数机型直结晶器多点弯曲多点矫直弧形板坯连铸机基本弧半径/mm6670拉速范围/(m·min-1)0．2～2冶金长度/mm18687铸坯厚度/mm150铸坯宽度/mm1600～3250

安钢超宽板坯连铸机结晶器液面控制系统包括结晶器液面检测系统和控制系统，是一个双闭环回路控制系统，其结晶器液面检测方式为射源，控制的执行单元采用液压缸。该系统自投产以来运行良好，对于一般钢种采用自动控制时，结晶器液面波动控制在±3 mm的比率达到99.5%以上。

1.3 超宽板坯连铸机生产包晶钢结晶器液面波动特点

安钢超宽板坯连铸机生产包晶钢过程中，遇到最大的问题就是结晶器液面波动，波动情况如图1所示，图中标注的横向曲线为结晶器实际液面。

当系统正常工作时，在变压器的二次侧注入与一次电流反向的二次电流，那么这个二次电流产生的磁场将与一次电流产生的磁场相抵消，如果满足F＝ω1˙I1＋ω2˙I2x的条件［1］（F 为铁心中合 成 磁 动势），那么磁通补偿为0，接入系统中的变压器阻抗仅仅为变压器一次侧阻抗。变压器的等效模型如图2所示。

该结晶器液面波动的特点有：

(2)结晶器液面波动幅度：从正常的结晶器液面波动范围±3 mm开始逐步增加，最大时可达到±8 mm；

(1)结晶器液面波动开始时间：从第二炉中后期开始，其时拉速达到目标拉速后25 min左右；

(4)减小结晶器液面波动的调整措施：增加或减少结晶器冷却水、二次冷却水均无法抑制结晶器液面波动，降低拉速，结晶器液面波动幅度减小；

(3)波动频度：波动周期为15 s～15.5 s，一个波动周期平均浇注长度为279 mm ～281 mm；

合理性，就是目标定位是否合理，是否符合主体的年龄和身心特征，是否符合主体的能力，是否符合主体的学段。只有符合这四个方面的目标，才是合理的目标。这四个“符合”会让主体看到更多的可能性，帮助主体全力以赴达成目标。

(5)铸坯表面状况：结晶器液面波动对应的铸坯表面出现横向凹陷，类似振痕，如图2所示，其间距为140 mm左右。

 

图1 宽板坯包晶钢浇注曲线

 

图2 包晶钢结晶器液面波动期间生产的铸坯表面情况

1.4 结晶器液面波动的危害

Preliminary Study on Different Sowing Depth of Rhizoma Atractylodis___________________________________LIU Li,GAO Che,CHEN Wang Xiang 73

包晶钢容易引起结晶器液面波动。如果结晶器冷却不均匀，会发生同一高度处的初生坯壳进入包晶转变时间不一致的情况，即在冷却较弱处坯壳尚未进入包晶转变时，邻近位置由于冷却较强，坯壳已开始发生包晶转变。已开始发生包晶转变处坯壳，由于相变收缩而脱离开结晶器壁，气隙增大，传热减慢，坯壳变得较薄。而邻近尚未开始包晶转变处坯壳，由于坯壳与结晶器壁间的气隙小，坯壳仍快速增长，最终造成初生坯壳凝固厚度的不均匀[1]。 另外，在生产实践中发现，浇注包晶钢时结晶器出现周期的超过允许值液面波动，这容易促进表面裂纹的产生，这种波动与弯月面区坯壳不均匀凝固铸坯发生的动态鼓肚有关[2]。铸坯出结晶器后在导向段内运行，钢水静压力导致铸坯在相邻两个辊子中间产生鼓肚，鼓肚铸坯经过下一对辊子时被压缩，导致结晶器液面上下波动，由于包晶钢铸坯坯壳的不均匀性，坯壳较厚和较薄铸坯壳鼓肚量不相同。结晶器液面控制系统会提高塞棒位置，向结晶器充填钢水。同时随拉坯进行，鼓肚区域到两个辊子中间被压缩，液相穴内钢水也向结晶器内填充钢水，使液面迅速上涨，使结晶器内坯壳生长更不均匀。如此反复，使结晶器液面波动迅速加剧。 事实上，钢中其他元素对包晶点也有影响。有人研究了钢中其他元素对凝固模式及坯壳不均匀性的影响，他们用公式计算其他元素对包晶点碳含量CB的影响[3]，公式为：

结晶器液面波动过大，会影响铸坯表面质量，引起铸坯表面夹渣、凹坑、纵裂等缺陷的几率增加；结晶器液面波动超过结晶器振动幅度时，会造成液渣流入坯壳与结晶器铜板的间隙不均匀，从而引起坯壳与结晶器铜板粘黏，并由此产生漏钢事故，对连铸生产顺行造成威胁。

2 包晶钢结晶器液面波动原因分析

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当采用较低拉速生产时，连铸浇注周期将增加，不仅降低连铸机的生产效率，带来炉机匹配困难的矛盾，而且造成中间包钢水过热度控制困难；并且对于某些钢种拉速较低时铸坯矫直时无法避开第三高温脆性区而引起批量矫直裂纹。

如果结晶器足辊或扇形段支撑辊出现弯曲，则该辊子旋转过程中其辊缝会呈周期性变化，该辊子对坯壳的挤压程度也呈周期性变化，从而引起坯壳内钢液周期性向上运动，引起结晶器液面的周期性变化。如前所述，结晶器波动一个周期内浇注长度为279 mm ～281 mm，则出现问题的辊子直径应为89 mm左右，但连铸机没有此直径的辊子，因此排除了机械方面的原因。

CB=0.1967+0.0036[Al]-0.0316[Mn]-0.0103[Si]+0.1411[Al]2+0.05[Al][Si]-0.0401[Ni]+0.03255[Mo]+0.0603[V]-0.0024[Cr]+0.00142[Cr]2 -0.00059[Cr][Ni]+0.0266[W]对于包晶钢当CB与钢水实际成分C的差别愈大，则钢水凝固过程中坯壳的不均匀性越大，结晶器液面波动幅度就越大。

宽板坯连铸机出现结晶器液面波动的钢种化学成分见表2。钢水实际成分、CB计算值及结晶器液面波动情况见表3。

 

表2 某包晶钢化学成分 / wt%

  

元素CSiMnPSNbAlMo判定0．1～0．130．15～0．351．40～1．50≤0．015≤0．0080．018-0．030．02-0．0450．1-0．15控制0．1～0．130．20～0．301．42～1．50≤0．010≤0．0030．02-0．0250．02-0．0450．1-0．013

 

表3 钢水实际化学成分、CB值及结晶器液面情况

  

项目钢水实际化学成分/wt%CSiMnAlMoCB范围CB～C范围结晶器液面波动幅度情况10．10．231．460．0360．1090．15280．0528波动剧烈，幅度大于±8mm情况20．120．231．460．0250．1140．15280．0328有波动，幅度为±5～7mm情况30．130．31．430．0290．1130．15310．0231正常，幅度小于±3mm

从表3可以看出，当包晶点碳含量CB与实际碳含量的差越大时，结晶器液面波动越大，反之亦然。现场的实际情况也印证了上述研究结论。由此看来，宽板坯结晶器液面波动的原因为包晶钢凝固过程中坯壳生长不均匀，坯壳在扇形段的导辊之间鼓肚引起的“泵”效应造成结晶器液面波动。当降低拉速时，坯壳厚度增加，坯壳在扇形段导辊间的鼓肚量减少，其对结晶器液面的影响减弱，结晶器液面趋于稳定。

3 改进措施及效果

根据分析的原因，决定对钢水成分进行优化以减弱结晶器液面波动，综合考虑炼钢成分控制水平、连铸工艺顺行、轧钢性能保证等方面的因素，该钢种优化后的化学成分见表4。

 

表4 优化后包晶钢化学成 / wt%

  

元素CSiMnAlMoCB范围CB～C范围判定0．12～0．140．15～0．351．40～1．500．02～0．0450．1～0．150．151～0．1510．011～0．031控制0．12～0．130．20～0．301．42～1．500．02～0．0450．1～0．130．151～0．1520．021～0．032

成分优化后，结晶器液面稳定，如图3所示。结晶器液面的稳定，结晶器液面波动小于±3 mm，连铸拉速保持了稳定，不仅实现了炉机匹配，而且铸坯的表面质量和内部质量均有所提高，为轧钢工序提供了优质坯料。

4 结束语

图3 钢水成分优化后浇注曲线

通过分析找出安钢超宽板坯连铸机生产包晶钢时结晶器液面严重波动的原因，因包晶反应造成坯壳生长不均匀，在扇形段的辊子间坯壳鼓肚是引起结晶器液面波动的原因，当根据钢水合金成分计算的包晶点碳含量与钢水实际碳含量的差值越大，结晶器液面波动越大，通过优化钢水成分，将上述差值控制在0.032个百分点以下，可以稳定结晶器液面，保证连铸生产顺行和铸坯质量稳定。

5 参考文献

[1] 徐建飞.普碳钢成分与凝固过程包晶反应的关系研究[D].重庆：重庆大学材料科学与工程学院，2013：4.

[2] 蔡开科.连铸坯质量控制[M].北京:冶金工业出版社,2010：198.

[3] Blazek, K.E.& O.L.III, et al. Calculation of the peritectic range for steel alloys[J].Iron & Steel Technology, 2008(7)：80.