1、連鑄板坯表面縱裂分析 梁 亞，劉建偉，趙登報，薛 燕 （濟南鋼鐵股份有限公司，山東 濟南 250101） 摘要：對生產數據進行分析，認為鋼水成分、拉速和結晶器液面波動等是造成連鑄坯表面縱裂的主要原因。為此，根據結晶器專家系統進行可視化的生產指導，從鋼種成分控制、生產操作等方面提出了改進措施，減少了連鑄板坯表面縱裂的產生。 關鍵詞：連鑄板坯；表面縱裂；鋼水成分；拉速；結晶器 中圖分類號：TF777.1 文獻標識碼：A 文章編號：1004-4620（2005）06-0031-03 Analysis of Surface Longitudinal Cracks in Continuously Cas

2、ting Slab LIANG Ya, LIU Jian-wei, ZHAO Deng-bao, XUE Yan （Jinan Iron and Steel Co., Ltd., Jinan 250101, China） Abstract：The composition of molten steel, cast speed and mould level changing are thought to be main reasons of causing surface longitudinal cracks by analyzing producing data. Then accordi

3、ng to the mould expert, the visible production instruction is carried on, and some performance measures are put forwarded from controlling composition of molten steel and production operating, etc., so the surface longitudinal cracks are reduced. Key words：continuous casting slab; surface longitudin

4、al cracks; composition of molten steel; casting speed; mould 1 前 言濟南鋼鐵股份有限公司第三煉鋼廠（簡稱濟鋼三煉鋼）2005年3月所澆注的連鑄板坯出現了大量的表面縱裂，特別是Q460C、JG590、D船、Q345B2、Q235BH等鋼種的裂紋率明顯超高，達到了2.31%，且有0.388%裂紋嚴重的板坯被判廢，給生產帶來很大影響。2 縱裂的形成縱裂大部分集中在鑄坯表面寬面的中部，長度不等，短則35mm，長則貫穿整支鑄坯，有時可能部分交錯，斷斷續續，如圖1所示。研究表明，當結晶器中的初生坯殼厚度不均勻的時候，如果作用于寬面坯殼的熱應力

5、、組織應力和摩擦力過大，就易于在坯殼寬面較薄處產生裂紋，并有可能在二次冷卻水流量較大造成強冷時擴大。圖1 板坯表面縱裂示意圖3 影響因素分析3.1 化學成分的影響 碳含量的影響 根據板坯裂紋數據統計結果（見表1）分析：C含量在0.12%0.17%范圍內，裂紋率最大。由鐵碳相圖可知，當碳含量在0.08%0.20%時，凝固過程發生包晶反應并伴隨相變，產生較大的體積收縮，鑄坯與結晶器壁之間產生空隙，導出熱量較小，坯殼最薄，在表面形成凹陷，凹陷部位冷卻和凝固速度比其它部位慢，造成初生坯殼厚度的不均勻。在熱應力、摩擦力和鋼水靜壓力等作用下，在凝固坯殼薄弱處產生裂紋，并且在二冷作用下裂紋加深和擴大1。從數

6、據統計結果看，C含量在0.12%0.17%范圍內屬于裂紋敏感區。表1 C含量對鑄坯裂紋的影響 %C含量 裂紋支數/支裂紋所在爐次生產支數/支裂紋率占總裂紋比例0.112258.000.3110.1276810.2941.0880.1312232918.9740.1425661339.8130.1516364225.350.166729710.420.172314915.4363.5780.183378.1080.466合計643216020.348100 S含量的影響 由表2數據看出，隨著S含量的不斷增高，裂紋率也不斷增大。因為S在鋼中溶解度極小，與Fe形成FeS，FeS能與Fe形成低熔點（9

7、85）熱脆性共晶體，并在晶界析出。S的含量越高，形成的坯殼承受的應力越小，S含量高的坯殼在熱應力、摩擦力和鋼水靜壓力等作用下容易形成裂紋。降低S含量也有利于提高錳硫比，因為足夠的Mn可與S結合生成高溫強度大的MnS。MnS以棒狀形式分散在奧氏體基體中，可改善對裂紋的敏感性。錳硫比對鑄坯縱裂的影響見圖2。表2 S含量對裂紋的影響 %S含量裂紋支數/支裂紋所在爐次生產支數/支裂紋率占總裂紋比例0.0010.005542980.0060.0101736150.0110.0152558060.0160.0201253620.0210.0253880合計6452161圖2 錳硫比對縱裂的影響 鈮含量的影

8、響 由表3數據看出，含鈮鋼水產生的裂紋率都比較高。如含鈮的20R2、JG590、AH32、Q345BH、09CuPCrNi、Q345B2、Q460C等低合金鋼種的裂紋率都很高。表3 鈮對鑄坯裂紋的影響鈮含量/%裂紋支數/支裂紋所在爐次生產支數/支裂紋率/%占總裂紋比例/%0.015149814.2854.32含鈮鋼的斷面收縮率隨溫度變化曲線見圖3。含鈮鋼在700975間斷面收縮率的降低主要是由奧氏體低溫區和奧氏體鐵素體高溫區出現脆性造成的。在奧氏體低溫區含鈮鋼延塑性的降低主要與奧氏體晶界鈮的析出有關：（1）鈮的析出降低了界面結合能，在應力作用下，析出物容易與晶界脫離，形成孔洞，在晶界滑移的作用

9、下，孔洞形成裂紋；（2）伴隨鈮在晶界的析出，晶內也有鈮析出，從而在晶界兩側形成一薄而較軟的無析出帶，在應力作用下，沿該帶出現應力集中，容易造成沿晶界開裂。在奧氏體鐵素體高溫區出現的延塑性降低主要與先共析鐵素體沿奧氏體晶界的析出有關：當有應力作用時，易集中于較軟的鐵素體網膜，導致鐵素體網膜中生成孔洞，孔洞聚合長大，便會形成裂紋2。圖3 含鈮鋼斷面收縮率隨溫度變化趨勢3.2 工藝因素的影響3.2.1 拉速的影響 由表4可以看出，在生產統計的309支裂紋鑄坯中，有127支是在拉速變化的過程中產生的，占41.1%。從這組數據來看，拉速變化對裂紋的影響比較明顯，說明由于鋼水溫度或銜接及其它原因造成拉速波

10、動，也影響到裂紋的發生。鑄機斷面270mm×2100mm情況下，溫度低、拉速快時，將降低保護渣的熔化速度，造成渣膜形成不均勻。所以要求鋼包到達鑄機的溫度不能太低，最好鋼包到站的溫度至少大于液相線溫度50。同時變速幅度快時，也造成渣膜厚度的變化，保持穩定的拉速，控制變速幅度，保持拉速的變化在±0.1m/min之內，可有效減少裂紋發生機率。這就要求鋼包連續到達鑄機的溫度偏差不要超過10。表4 拉速對裂紋的影響鋼種裂紋所在爐次生產支數/支裂紋總支數/支裂紋率/%拉速m/min裂紋支數/支裂紋分布率/%9CuPCrNi472144.680.90314.3B2(試)25827.75Q

11、235B1281342.65Q235BH12421.61Q345B2155321713.97Q345BH185137.03Q460C441840.9SS40011321.77 保護渣行為的影響 研究表明，保護渣熔融不充分，使流入鑄坯和結晶器的間隙不均勻，導致摩擦力變化，各處受力不同，容易產生縱裂3。另一個是渣厚不均勻，會造成傳熱和摩擦力的不同，也易導致縱裂的產生。此外，保護渣液渣層厚度應控制在1015mm，過厚會導致傳熱下降，過薄會導致摩擦力增大，易產生橫裂。根據數據統計結果（見表5），渣耗偏低或偏高的爐次出現的裂紋率高，渣耗為0.400.45kg/t時為最佳。表5 渣耗對裂紋的影響渣耗/kg

12、.t-1裂紋支數/支裂紋所在爐次生產支數/支裂紋率/%0.300.35222781.480.360.4011133932.740.410.4525098925.270.460.5017760829.110.510.608520140.293.2.3 水口浸入深度的影響 水口浸入深度的不同將直接影響結晶器內流場的分布。由統計數據（表6）看出，浸入水口浸入得淺或偏深時，鑄坯的裂紋率都偏高。浸入深度在140160mm時，裂紋率較其它位置低，說明結晶器內部流場較其它浸入深度更加穩定。表6 水口浸入深度對裂紋的影響水口插入深度/mm裂紋支數/支裂紋所在爐次生產支數/支裂紋率/% 結晶器液面波動的影響 連

13、鑄機采用鈷60自動控制液面系統，正常的波動范圍在±3mm之內，但是在實際生產爐次當中，產生裂紋的爐次液面波動均在±3mm之上，多的達到±5.9mm（見圖4）。分析認為是由于液面的大幅波動，破壞了液渣層的穩定性，影響了保護渣的融化和潤滑，導致結晶器傳熱不均勻，從而引起裂紋的產生。圖4 液面波動對裂紋的影響4 使用結晶器專家系統（1）根據熱電偶測量結果，生成結晶器銅板溫度變化曲線和結晶器溫度場分布圖，從而了解結晶器內各個位置的傳熱狀況，為克服表面縱裂等鑄坯缺陷提供依據，如圖5所示。通過安裝在結晶器銅板上的熱電偶來測量彎月面附近結晶器銅板的溫度，得出結晶器銅板的溫度分布

14、曲線和溫度場分布圖，同時設有銅板摩擦力、拉速、結晶器液位等曲線顯示，可以根據熱流場分布圖判斷坯殼在結晶器內生長是否均勻，當熱流分布明顯不均勻的時候，出現鑄坯裂紋的機率就會明顯增大，這一點已在實際生產中得到了驗證。圖5 結晶器銅板溫度分布（2）通過測量液壓振動系統的液壓缸行程，計算出振動的功率和結晶器銅板摩擦力，從而對監控結晶器內部的運行情況有一個總體的了解。當發生異常的時候，可以有一個可視的參考依據，從而調整某些鑄機參數，避免表面縱裂的發生。5 控制措施（1）提高終點C含量，避開0.12%0.17%范圍內的裂紋敏感區，保持C含量大于0.17%。（2）降低鋼水中S含量，避免FeS與Fe反應生成熱

15、脆性共晶體，同時提高Mn/S（一般大于25），也可以降低縱裂的產生機率。（3）對于加鈮合金微調的鋼種，根據需要鈮含量控制越低越好，最佳矯直溫度控制在950以上。（4）改善溫度制度，保證鋼包到站溫度高于液相線溫度至少50，然后鋼包連續到站溫度偏差不要超過10，保證鑄機在恒速下拉鋼。（5）優化保護渣性能，保證液渣層厚度（1015mm）及消耗量的穩定（0.420.47kg/t）。（6）保持結晶器內流場穩定，浸入式水口的浸入深度保持在135160mm之間。（7）堅持結晶器液面的自動控制制度，當液面自動控制出現不穩時，及時改為手動澆注，保證液面波動在最小范圍，波動目標值控制在小于±3mm。（8

16、）利用結晶器專家系統優化鑄機參數。采取以上措施后，2005年45月生產的板坯中縱裂紋率控制在了0.19%以下，鑄坯質量有了明顯的改善。參考文獻：1 楊貴榮.唐鋼連鑄坯表面縱裂的研究J，STEELMAKING，1999，15（3）：5054.2 王新華，等.7001000間含鈮鋼鑄坯的延塑性降低與Nb（C,N）析出J，金屬學報,1997，5：485491.3 孫文明，王中元.連鑄板坯縱裂與保護渣J，攀鋼技術，1994，17（6）：2428.加強連鑄二冷檢測提高產量與質量來源：物資采購網 采編時間：2007年4月6日11時0分     目前鋼廠對連鑄機生產的

17、產品質量、數量和品種的要求發生了很大的改變。連鑄機必須具備產品質量高、操作簡便、維修靈活，而現有的連鑄機還很難達到這一要求。二次冷卻系統是解決這一難題的關鍵環節。二次冷卻系統的檢測數據可用來分析冷卻系統的工作狀態，了解生產操作、工藝參數變化是如何影響產品質量和產量的，從而決定是增加噴嘴能力還是重新設計二次冷卻系統。二次冷卻系統的數據檢測系統連鑄機生產過程復雜，必須用數值模擬、數據檢測和采集等手段對生產過程進行有效控制。數據檢測系統包括：連鑄機的基本情況；事故診斷；提供解決方案；提出生產工藝過程的完整方案，改進設備操作和維護，達到預期的目標。對現有生產操作和質量數據進行基準是數據檢測的核心，并為

18、生產控制過程提供基礎。通常，首先在現場進行調查，采集基礎數據，然后將采集的數據輸入計算機進行分析。需要采集的數據包括設備外形、除熱模具、支承輥的布置、冷卻系統、冷卻區和噴嘴布置、噴嘴工作曲線、鋼種及連鑄速度、冷卻過程、操作和質量。對基礎數據進行分析，可確保計算機模擬連鑄機生產過程的實時性。由此可得到一條典型的鑄流表面溫度和固化曲線圖。問題診斷當檢測數據表明在某一區域存在問題時，該數據就可以與基礎數據比較，然后提出改進連鑄機生產的方法，從而提高產品質量。在實際操作中，需將操作人員及維護人員了解到的情況和觀察到的冶煉質量及缺陷一同輸入計算機分析系統進行分析。實測的鑄流表面溫度可以幫助分析實際的工作

19、狀態，并與標準生產狀態比較，從而發現問題，及時處理。通過與基準生產狀態對比，計算機分析系統便可以得出連鑄機生產過程的真實狀況，如鋼種、連鑄速度、二次冷卻，并發現問題。對發現的問題，計算機可以判斷是二次冷卻系統存在問題還是其它方面存在問題，從而找出癥結，解決問題。如果測出板坯表面下方40mm處有裂紋缺陷，根據管坯厚度與冶金長度關系圖，確定出這種缺陷會在設備啟始原點算起大約45m處的一段。現代化的在線溫度掃描裝置可用來監視鑄流表面溫度。該臺設備輸出板坯全寬的溫度變化分布，其溫度偏差約100。然后，用計算機顯示出上下輥軸的溫度峰值。連鑄機扇形段是一體化設計。雖然上輥與下輥有交錯，但它與扇形段是一個整

20、體。在支承部位冷卻減小，生成半個板坯寬的印跡。印跡就是光亮條紋中部的黑色條紋，為輥子搭接痕，端部出現魚尾形壓痕。如果該鋼種使用軟壓下，就可造成中心偏折。連鑄機扇形段的垂直支撐妨礙了噴嘴的最佳噴射高度，減少了搭接區噴射的水密度。噴嘴交叉噴射也不能抵消由這種機械結構限制帶來的不良影響。這也是導致了輥子支承區散熱效果不佳，從而加大了鑄流表面溫度偏差?，F場設備檢測以基準生產運行之前，首先要在現場對連鑄機進行數據檢測，了解連鑄機的真實情況。檢測內容包括：連鑄機所有扇形段在工作期及維護期噴嘴位置及噴射強度；一次、二次冷卻系統的水流量；每個冷卻區的最大水流量和水壓；最大空氣流量及空氣壓力；冷卻用水的溫度；連

21、鑄機及各扇形段的空氣和水控制裝置、過濾器、管路尺寸；現有事故水箱及抽風機能力；水處理狀況，泵及壓縮機能力。在大多數情況下，由于在連鑄機的使用期間會進行維修調整，而調整后的參數沒有及時進行數據庫的更新，因此，連鑄機的數據記錄文件常常不可靠。連鑄機發生的各種事件、異常情況、會議記錄以及數字視頻信號等都屬于現場檢測內容，如水霧噴嘴失效，冷卻效率降低等事件屬于數據檢測內容之一。檢測數據分析現場數據檢測完成后，就進入數據證實和分析階段，模擬系統根據所得到的數據資料進行分析判斷后，就進行生產計劃。水流量、水霧量、壓縮空氣流量和氣壓等是生產計劃的重點。如果文件數據與測量得到的數據不一致，可采用特殊計算方法來

22、找出錯誤數據。造成數據不一致的原因主要是由于壓力的泄漏、儀表的讀數不能反映實際情況、二次冷卻系統流量有誤等。工廠對現有噴嘴都進行了實驗室檢測，并對設備參數做出真實的壓力流量圖表。當采用多嘴噴射時，應對噴水水量分配進行檢測。檢測時，改變水流量大小（從最小至最大）、噴嘴位置、噴射高度，然后進行水分布量檢測。當每對軋輥之間的四個噴嘴中心距過大時，會造成水流量分配不均，從而影響生產效果。老式連鑄機每對軋輥之間安裝一個噴嘴，因此，在使用老式的連鑄機生產微合金鋼時，往往會出現表面橫裂及角裂。老式連鑄機的噴嘴噴射寬度固定，沒有考慮生產板坯寬度的變化。用這樣布置的噴嘴進行噴水冷卻，要么使鑄流邊角過冷，要么使鑄

23、流中心過冷。當鑄流表面溫度達到臨界軋制溫度700950時，不論板坯是彎曲還是在矯直，都將產生裂紋。在老式連鑄機上生產窄帶鋼坯時，主要發生角裂現象。 微合金化對連鑄裂紋影響的對比  微合金化對連鑄裂紋影響的對比DNCROWTHERCORUS 研究、發展與技術摘要 為保證制成品的質量，需要盡可能地減低連鑄產品的缺陷。隨著熱裝、薄板連軋及直軋的推廣，生產無缺陷的連鑄產品也日益重要。這是由于在這些條件下檢查與修理變得益發困難的緣故。在連鑄產品的各項缺陷中，只有橫向表面裂紋受微合金元素的影響很大。鈮是非常有害的，0.01%的鈮就會促成裂紋的出現。盡管在釩含量0.15%，氮含量0.02

24、%的場合也有出現橫向裂紋的報道，但含釩鋼中氮低于0.005%時，橫向裂紋就不會發生。據信，橫向裂紋形成于結晶器，隨后在連鑄過程，特別是矯直過程中擴張。微合金鋼在某一溫度范圍內延展率低，當在此低延展率區間進行矯直時，就會產生裂紋。鈮在深化延展槽，并使其向高溫區域擴展方面影響顯著。鈮的這一特點要歸因于鈮的沉積。鈮的沉積促成低延展失效，并遲滯了再結晶過程。釩對熱延展性的影響不那么顯著，僅在鋼中釩、氮含量較高的情況下，其延展性才接近含鈮鋼的水平。向含鈮鋼中添加釩可通過使沉積粗大稍微改善延展性。鈦對熱延展性的影響較復雜，到目前還不完全為人們所知。通過適當選擇鋼的成分，如盡可能減低鈮的含量、以釩和氮取代鈮

25、、或向含鈮鋼中添加釩，可將橫向裂紋的出現降至最低。機器操作條件如二次冷卻策略對避免橫向裂紋的出現也很重要。將矯直溫度選在低延展率溫度區間以外也可降低裂紋的出現。1 引言在生產連鑄產品過程中，必須要避免表面缺陷和內部缺陷。否則，隨后要進行的板坯、大方坯、小方坯修復作業既昂貴又耗時。不然的話，生產出的產品就會有缺陷。隨著熱裝、薄板連軋的推廣，生產無缺陷的連鑄產品變得日益重要。在這些場合下，對連鑄產品的檢修變得更加困難，因而生產無缺陷的連鑄產品至關重要。有些高強度、微合金化鋼特別易產生某些類別的連鑄缺陷。關于這類連鑄產品的熱延展性和缺陷已有許多優秀的述評（1-3）。在這些鋼中，我們發現：所使用的微合

26、金化元素的類型、鋼的總體成分，都對控制缺陷的數量很重要。本報告的目的在于簡要地評述微合金化元素釩、鈮、鈦對連鑄產品中缺陷的形成的影響，微合金化元素影響缺陷的機理，以及確認生產無缺陷的連鑄產品的可行辦法。2 連鑄產品中的缺陷2.1 連鑄產品缺陷的分類圖1及圖2根據國際鋼鐵學院設計的分類系統，粗略地列出了連鑄產品中存在的缺陷。圖1列的是表面缺陷，圖2列的是內部缺陷。2.2 成分對連鑄產品缺陷的影響2.2.1 總論根據人們的現有認識，在圖1及圖2列出的多種連鑄產品缺陷中，只有橫向表面裂紋受微合金化元素釩、鈮、鈦的影響很大。其它元素也影響橫向裂紋，它們的影響將在2.2.2中進一步討論。有些其它類型的表

27、面缺陷，如縱向表面裂紋，受成分，特別是碳、硫、磷、及錳-硫比的影響。含碳0.070.18%時易發生縱向裂紋。硫、磷增加，錳-硫比降低都會使裂紋增多。內部裂紋的形成也受成分的影響。其中，碳、硫、磷的影響尤其重要。2.2.2 橫向表面裂紋含鈮鋼在文獻中有許多報告聲稱加鈮會促進連鑄產品中橫向裂紋的形成（8-13）。形成橫向裂紋所需的鈮的含量似乎很低，有報告說鈮含量達到0.01%時裂紋就急劇增加（10），見圖3。大多數作者的報告認為：在含鈮鋼中，鋁含量增加也會使裂紋增加（911），見圖4。圖4還表明除成分以外，其它因素也影響橫向裂紋。在這種情況下，即使鑄坯成分相同，一臺鑄機的工作表現會明顯好于另一臺鑄

28、機。在以后各節中我們還將討論鑄機變量對橫向裂紋的影響。氮的增加也會促進含鈮鋼中橫向裂紋的形成（9，14），但若能將氮含量控制在0.004%以下，這種狀況會減至最?。?4）。碳含量對橫向裂紋有很重要的影響，碳含量在0.100.17%范圍以內時特別易于產生橫向裂紋（14）。Hannerz的報告說硫含量較高會使含鈮鋼橫向裂紋增多（9）。但是，也有報告說當硫含量很低時（<0.005%），含鈮鋼的橫向裂紋會增多（14）。有報告說含鈮鋼中銅、鈮含量達0.20.3%是時也會促進橫向裂紋生成（14）。關于含鈮鋼中鈣的影響有些報告互相矛盾。有報告說加鈣會減少含鈮鋼的橫向裂紋（14，15）。硅化鈣往往伴隨著

29、不均勻的震蕩痕跡，而這會促進裂紋生成（14）。據稱能減少含鈮鋼橫向裂紋的元素有鈦（8，14）、磷（10）、鈰和鋯（15）。加0.020.04%的鈦就可減少橫向裂紋，但要完全消除裂紋，鈦含量需達到0.15%（14）。前述結果均針對常規厚度的連鑄板坯（即大于225毫米）。但也有報告說在厚50毫米的板坯中，鈮也會導致橫向裂紋增加（16）。含釩鋼與含鈮鋼相比，文獻中很少提及含釩鋼有橫向裂紋。Patrick和Ludlow（14）的報告說氮<0.005%時，釩對橫向裂紋影響很 當前，薄板坯連鑄的發展方向是進一步提高生產率和改善鑄坯質量，結晶器是連鑄機的核心設備，起著至關重要的作用，因此不斷地優化和改

30、進結晶器的性能、延長使用壽命是連鑄工作者十分關注的工作。本文將重點介紹在薄板坯結晶器領域國內外的部分最新研究成果，如結晶器熱流研究的新成果、結晶器鍍層的新設計和新型AFM漏斗型結晶器等，供大家參考。    結晶器熱流技術的研究與應用    1Nucor鋼廠通過熱模型技術來優化結晶器的冷卻設計    為了改善板坯的總體表面質量，Nucor鋼廠采取了一些措施，包括對一些產品提高過熱度以改善表面質量、調整結晶器的水流以抑制某些鋼種的裂紋等，這些調整的確改善了板坯的表面質量，但會引起

31、結晶器彎月面區域的裂紋，加速了結晶器的損耗，對結晶器的使用壽命有負面影響。    結晶器寬面銅板的OEM設計起始熱面厚度約為15mm，在銅板報廢前留有5mm厚的修磨量。在Nucor鋼廠的生產中，寬面銅板兩次修磨之間的平均澆鑄爐次變化很大，從100爐到300爐不等。修磨過程中銅板修磨總量很大，以致有時候寬面銅板的總體使用壽命只有400爐次。當銅板接近報廢厚度時，易產生鑄坯質量問題，原因是銅板接近最低厚度工作時，過度的傳熱導致了鑄坯表面裂紋。Nucor的計算結果也表明，當結晶器銅板在910mm的工作厚度范圍內生產時，彎月面附近冷卻水縫根部區域的溫度很高，沸騰

32、的可能性極大。當試圖增加結晶器冷卻水流量來降低水縫根部的溫度時，在現有結晶器設計和供水結構的條件下，產品的表面質量會進一步惡化。    該廠根據模擬工作的結果，設計并制造了一套新銅板，與最優冷卻水壓力和流量配套使用。同預想的一樣，新銅板設計給結晶器的工作熱面增加了5mm的厚度，但要求的水流量比Nucor鋼廠的OEM銅板設計高出約50%。新寬面銅板制造好不久，Nucor鋼廠便將它安裝到了一個結晶器上接受首期試驗。結晶器的寬面上采用了厚度漸變的整面鍍鎳。為保險起見，生產了399爐以后拆下了新板，接受全面檢查。結晶器在整個使用期生產的板坯表面質量上佳。銅板彎月

33、面區域的裂紋極小，銅板固定端修磨量為2.0mm，活動端為2.3mm。對結晶器背面水縫的檢查，確認彎月面附近水縫根部沒有冷卻水沉淀物，說明在結晶器的整個使用期均沒有出現水縫部的沸騰現象。    2結晶器傳熱和變形行為方面的研究    與傳統的板坯連鑄生產相比，連鑄薄板坯斷面小、凝固快、速度高，單位時間進入結晶器的鋼液量較大，使得結晶器的熱負荷較大，從而使具有特殊結構形狀的薄板坯連鑄結晶器的工作條件更加惡劣。經驗表明，薄板坯連鑄結晶器的壽命遠比傳統板坯連鑄結晶器的壽命低。結晶器銅板厚度的選擇和冷卻水縫的設計將決定從鋼坯

34、中帶走熱量的大小，進而決定拉坯速度。如何優化結晶器銅板的結構，提高冷卻效率和使用壽命，對于薄板坯連鑄結晶器來說，是一個十分重要的問題。    干勇等通過有限元分析方法，得到生產實際使用的結晶器銅板的溫度分布和變形情況，作為結晶器結構優化、改進設計的理論依據，使銅板的幾何結構更加合理，減小產生塑性變形的可能性，提高結晶器的使用壽命。    3結晶器熱流成像技術    鋼鐵研究總院以珠江鋼廠薄板坯連鑄結晶器為研究對象，在現場用預埋熱電偶實際測量了銅板溫度，開發了結晶器銅板溫度場在

35、線監測軟件，在線動態監測結晶器銅板寬面及窄面的溫度變化過程。結晶器溫度監測軟件開發步驟見圖1。通過結晶器銅板溫度分析有限元計算，根據現場埋設熱電偶的實際情況，回歸分析了從熱電偶埋設點到對應位置熱面表面和熱面上各對應位置之間的溫度變化規律，開發了結晶器溫度監測軟件。采用連鑄新技術，提高產品競爭力分類:默認欄目經過半個世紀的發展，目前連鑄在世界鋼鐵工業中的應用已幾乎接近飽和。然而市場對優質產品的需求，鋼鐵生產廠對優質、高產、低成本的追求卻迫使連鑄投資額增加、投資周期縮短。用于新增連鑄機的投資趨緩，而對原有連鑄機的整體改造、對部分連鑄機部件的更新換代費用以及對連鑄新技術的開發費用卻與日俱增。連鑄機技

36、術向著更加高效、優質、精細化的方向發展，各種新的連鑄技術應運而生。1 高性能盒式結晶器(high-performance cassette-type mold)在鋼水連鑄中結晶器性能如何對連鑄機效率和鑄坯質量具有十分重要的作用。連鑄機使用盒式結晶器的優點是：·在保證結晶器必要剛度的前提下，減輕結晶器的重量；·供水管線連接實現自動化，縮短了更換時間；·每流均設置電動或液壓驅動的結晶器自動調寬裝置，增加了連鑄坯尺寸品種，縮短了連鑄機停機時間，提高了連鑄機生產效率；·結晶器盒式鋼殼能快速更換，從而縮短了周轉時間、減少了備件數量；·結晶器采用薄銅板和優

37、化的水縫形狀，結晶器冷卻效率和傳熱均勻性得以提高。連鑄坯殼在結晶器內均勻快速地生長是進行高效連鑄和降低漏鋼率的基本前提。奧鋼聯在盒式結晶器的設計中對各種形狀、尺寸板坯的傳熱特性進行了大量數字模擬。其中淺水縫形狀（shallow lot geometry）設計和平面支撐背板設計使盒式結晶器具有冷卻效率高、均勻度好以及成本費用低等優點。同時這種新型結晶器很容易與其它先進技術，如電磁攪拌、電磁制動、漏鋼保護系統等相匹配。從而全面提升連鑄機工藝、設備水平，取得了顯著的綜合效果。2 板坯結晶器快速精確調寬技術經過大量研究，一種稱之為Hydrowam的新型液壓調寬結晶器已經問世。該結晶器可在連鑄操作中對結

38、晶器寬度進行快速、精確地調整。結晶器自動調寬系統結構緊湊，適用于對現有的結晶器進行更新改造。該系統所使用的液壓缸具有整體非接觸定位測量功能(integrated non-contact position measurement)，并且直接與結晶器窄面相連接，這樣就減少了系統內零件間的間隙量，使調節精度更趨精確。Hydrowam系統使結晶器具有了精確、快速和大幅調寬功能。3 有利于優化連鑄坯殼均勻生長的Diaface結晶器板坯連鑄時由于鑄坯殼非均勻生長常常會導致鑄坯產生皮下裂紋，甚至造成漏鋼事故的發生。究其原因，結晶器內腔形狀和錐度設計不合理是最重要的原因之一。板坯在結晶器上部的收縮量大于在結晶

39、器下部的收縮量。但如果為了補償鑄坯的收縮將結晶器窄面的錐度設計過大，那么鋼水靜壓力峰值就會出現在板坯角部區域。為了使結晶器的形狀符合板坯在結晶器內的自然收縮規律，奧鋼聯將業已證明在小方坯連鑄中十分有效的鉆石形結晶器設計思想用于板坯連鑄，開發出了Diaface結晶器。工廠實驗證明，結晶器采用這種設計可使結晶器窄面下部的摩擦力降低20。4 Dynaflex液壓振動裝置改善了板坯表面質量結晶器液壓振動裝置的主要優點是能在連鑄期間對結晶器振幅、振頻和振動曲線進行動態調整。操作結果表明，結晶器采用液壓振動裝置有利于提高連鑄板坯的表面質量，特別是在拉坯速度較低的情況下效果更為明顯；在拉坯速度較高的情況下，

40、采用結晶器液壓振動裝置除可改善板坯表面質量外，還可提高連鑄操作的可靠性、降低漏鋼率和連鑄操作成本?，F已證明Dynaflex液壓振動裝置具有下述主要特點：·無磨損板簧精確鑄坯導向；·振體質量輕；·更換時實現自動對接；·振幅、振頻和振動曲線實現在線自動調整。第一臺由奧鋼聯提供的Dynaflex液壓振動裝置于1995年在美國俄亥俄州AK Steel鋼公司Mansfield鋼廠的一臺薄板坯連鑄機上投入使用，如今它已變成奧鋼聯板坯連鑄機結晶器振動裝置的標準設計。自奧鋼聯設計的第一臺Dynaflex液壓振動裝置在美國AK Steel鋼公司Mansfield鋼廠投產以

41、來，一種稱之為反頻控制操作法(inverse frequency control practice)的振動操作模式收到了顯著效果。在該振動模式下，隨著拉坯速度的提高，振幅增大但振頻降低；負滑脫時間保持相對穩定，而正滑脫時間隨著拉坯速度的增加而增加，這樣就保證了在高拉坯速度下連鑄結晶器對保護渣需求量增加的工藝要求，從而使連鑄板坯的表面質量獲得明顯改善。5 Mold Expert結晶器專家監控系統由奧鋼聯研制的連鑄結晶器監控系統稱之為Mold Expert(結晶器專家系統)，它可通過顯示屏向連鑄操作者提供結晶器內相關的工藝信息；同時還可對連鑄坯在結晶器內的潤滑和凝固狀況做出說明。源自不同技術工藝包

42、的重要技術數據，如鑄坯溫度分布狀況、漏鋼保護措施、結晶器摩擦力和熱流量狀況均可通過連鑄結晶器工藝狀況監控屏（process monitor screen)進行監控。連鑄結晶器專家系統的溫度監控功能主要是：·鑄坯的在線可視溫度監控；·用于識別鑄坯殼粘結的鑄坯粘結監測；·熱流量狀況檢測。將連鑄保護渣添加到結晶器內的金屬彎月面上，并流入結晶器銅板和鑄坯殼間的保護渣通道中。這一點對于實現鑄坯的正確潤滑十分重要。鑄坯殼表面和結晶器銅板間所產生的物理力(physical force)稱之為結晶器摩擦力。該力不僅是結晶器保護渣的函數，同時也是結晶器調寬、拉坯速度變化以及塞棒操作

43、的函數。研究結晶器摩擦力與上述因素之間的關系，通過摩擦力的變化監控鑄坯殼黏結狀況、保護渣潤滑性能、界面熱流量大小等參數的變化。一般而言如果摩擦力發生了突變，則說明連鑄工藝過程已處于某一臨界狀態，此時需認真查明原因，采取應對措施，直至使連鑄生產恢復正常；如果摩擦力的變化尚處于漸變過程，只要超過某一設定值，就要引起注意、鎖定原因、采取措施、及時排除。6 采用動態輕壓下技術改善鑄坯中心偏析 摘自：中國冶金裝備網板坯連鑄結晶器的電磁控制流動技術作者：毛斌 陶金明 李晉 孫麗娟板坯連鑄結晶器鋼水流動控制的重要性 隨著連鑄技術的發展，連鑄比的提高，高生產率和高質量鑄坯已成為當今板坯連鑄技術追求的

44、目標。從1980年代起，以實現高生產率的技術為背景，已意識到結晶器內鋼水流動控制技術對實現連鑄機的高生產率和高品質鑄坯具有重大影響。 1、當今板坯連鑄結晶器內鋼水流動的主要問題： 圖1表示板坯結晶器內鋼水流動現象的示意圖。由圖可見： 圖1 板坯結晶器內鋼水流動現象 從SEN側孔吐出的流股高速沖擊窄面，使坯殼重熔，甚至造成漏鋼、表面和皮下裂紋。 向上反轉流股將窄面附近的彎月面拱起，使彎月面波動加劇，導致保護渣卷吸，被初生坯殼的凝固鉤捕獲，而形成表面和皮下夾雜。 向下流股侵入液相穴深處，使夾雜物和氣泡不易上浮，而在1/4夾雜帶偏聚。 2、結晶器內鋼水流動控制的目的： 板坯連鑄實踐表明，結晶器內鋼水

45、流動對產品質量有極大的影響： 結晶器內鋼水流動支配著夾雜物和氣泡的上浮分離； 彎月面附近的鋼水流動又支配著保護渣熔融、鋪展及保護渣的卷吸； 而結晶器內鋼水流動又受到澆鑄參數如板寬、拉速、氬氣流量、SEN設計等四維組合的影響，因此板坯結晶器內鋼水流動控制的主要目的是： 控制彎月面下的水平流速和增加凝固前沿的鋼水流速，減少表面和皮下的夾雜物和氣泡。實踐表明：彎月面下的最佳流速為0.12-0.2 m/s；凝固前沿的最佳流速為0.2-0.4 m/s。 控制初期凝固和彎月面處凝固起始點的位置，縮短凝固鉤長度、使坯殼生長均勻和減輕振痕的影響，減少表面裂紋和穩定操作。 借助攪拌流動使結晶器內鋼水溫度均勻，從

46、而使坯殼厚度均勻。 結晶器內鋼水流動控制技術的主要模式 1、主要模式 板坯連鑄實踐表明，優化SEN的形狀（內徑、側孔大小、傾角）、浸入深度、鋼水液面控制和結晶器振動等常規控制技術雖有利于改進結晶器內的鋼水流動，但不盡人意。為此，從1980年代初起，對利用電磁力的非接觸控制技術進行了廣泛深入的研究開發并實用化，其中有代表性的是： 1981年新日鐵（NSC）的基于雙邊行波磁場的結晶器電磁攪拌技術，見圖2。 圖2板坯結晶器電磁攪拌技術 1鋼水 2冷卻水套 3銅板 4保護渣5銅板（窄面） 6繞組7鐵芯8支撐輥9坯殼 1982年由川崎制鋼（KSC）和ABB共同開發的基于直流磁場的結晶器電磁制動技術。該技

47、術先后開發了三種類型：局部區域磁場（EMBr）、全幅一段磁場（EMBRRuler: Electromagnetic Mold Brake Ruler ）、全幅二段磁場(FC moldFlow control mold)，見圖3。 圖3板坯結晶器電磁制動技術 (a) 局部區域 (b) 全幅一段 (c) 全幅二段 1 水口2結晶器3繞組4鐵芯 1991年由日本鋼管(NKK)基于四個行波磁場的流動控制技術，即可以加速的電磁水平加速器(EMLA)，或減速的電磁水平穩定器(EMLS)。21世紀初，由NKK和Rotelec在上述基礎上開發的多模式電磁攪拌技術MMEMS(Mult Mode EMS)即：EM

48、LS、EMLA 和EMRS等，見圖4。 圖4 板坯結晶器多模式電磁控流技術2、三類電磁控制流動（控流）技術的主要特點 三類電磁控流技術的主要特點簡要匯總在表1中。 表1 各種流動控制技術的重要特點 -MEMSEMBrMM-EMS攪拌器配置方式沿板坯寬面配置兩臺攪拌器沿板坯寬面配置兩臺制動器沿板坯寬面配置四臺攪拌器安裝位置介于彎月面和水口側孔之間水口側孔吐出的流股主流處結晶器半高處磁場形態行波磁場恒定直流磁場行波磁場電源低頻、三相直流低頻、兩相流動形態加速鋼水，使其水平旋轉制動從側孔吐出的流股，使其減速可使鋼水加速或減速或水平旋轉控制特征能動控制被動控制能動控制對結晶器要求低電導率的薄銅板常規銅

49、板低電導率薄銅板主要應用范圍中厚板坯、低拉速薄板坯、高拉速中厚板坯、高拉速三類電磁控制流動（控流）技術的冶金機理和效果 1、MEMS的冶金機理和冶金效果 1)、MEMS的冶金機理和冶金效果見表2。 表2 MEMS的冶金機理和冶金效果 2)、MEMS對最終產品質量的影響 減少尾切長度 對含Ti軸承超低碳鋼，以往要求尾切長度要比超低碳Al沸騰鋼大的多，而采用MEMS，尾切長度可以減少，見圖5。 圖5 MEMS減少尾切長度 減少板坯精整量 采用MEMS，減少煉鋼廠內機械清理和磨削等板坯精整量，見圖6。 圖6 MEMS減少板材精整量 減少最終產品的表面缺陷 由于采用MEMS，最終產品質量中由于板坯的不良表面清潔度導致報廢的板卷指數大大減少，見圖7。 圖7 MEMS對超低碳鋼最終產品中表面缺陷的影響 減少板材和管線內部缺陷 連鑄實踐表明，板坯內部缺陷主要是由于在內弧側1/4坯厚區域內夾雜物偏聚造成的。圖8表示MEMS對用于板和管線等產品內部缺陷的影響，由圖可見，由于采用MEMS，使得板坯中夾雜物總量減少，并且在內弧側1/4坯厚區偏聚減輕，從而使板和管線等報廢率減少。 圖8 MEMS對用于板和管線等產品的內部缺陷的影響據新日鐵在線使用表明： 板坯表面熱火焰清理量減少40%； 最終產品不合格率減少50%。 2、EMBR的冶金機理和冶金效果 1)、EMBR的冶金機理和冶金效果見表3。