武钢CSP连铸结晶器液面波动控制实践朱志强武钢股份条材总厂2012-7-10主要内容工艺装备与背景概述典型液面波动的特点及原因 控制液面波动的措施结论一、背景与工艺装备1. 背景薄板坯连铸机由于结晶器厚度薄，容积小，其流动强度是传统厚板坯铸机的3-4倍，高拉速下容易产生液面波动，极易发生卷渣，恶化保护渣的熔化、润滑与传热，导致薄板坯出现裂纹、凹陷、夹杂等质量缺陷，严重时还将导致漏钢事故。

2.武钢CSP连铸机主要设备工艺参数3250mm弯曲半径10305mm 冶金长度18185mm 铸机长度5段7个冷却区，17个冷却回路扇形段数自动（Co60放射源）结晶器液面控制1100mm 结晶器长度漏斗型冷坯宽度：900—1600mm 结晶器类型72mm结晶器：70—50mm （液芯压下后）92mm结晶器：90—70mm （液芯压下后）浇铸厚度（扇形段5出口）：72/92mm 浇铸厚度（结晶器出口）900—1600mm 浇铸宽度（标称或冷宽度）2.8—6.0m/min 拉速33t 中包容量170t 钢包容量技术参数项目二、结晶器液面波动的特点及原因分析实际生产中，拉速、过钢量的变化对液面波动的影响是显著的，但除此之外，浇注过程中仍出现了一些异常情况导致的结晶器液面波动，这些异常导致的结晶器液面波动现象的特征也是不一样的。

根据这些结晶器液面异常波动的特点，结晶器液面波动可分为：·包晶反应与鼓肚现象·共振现象·液位检测与控制系统故障·结晶器流场异常1.包晶反应与鼓肚现象鼓肚现象是连铸过程中的常见现象，常见于高拉速、大断面铸坯尺寸的钢种连铸生产条件下，主要原因是冷却不足、坯壳强度不足以抵抗钢水静压力，导致铸坯在两排辊子之间产生鼓肚，鼓肚时产生泵吸效应，导致结晶器液面下降，随着拉坯的进行，鼓肚区域在同一排辊子之间被挤压，液相穴内钢水又回流到结晶器内，导致结晶器内钢水又迅速上涨，如此反复，结晶器内液面呈有节奏的锯齿状的波动。

包晶钢因其包晶反应，坯壳在结晶器内收缩剧烈且不均匀，传热减弱，坯壳厚度减薄，铸坯进入二冷区后，钢水静压力增加后也会发生因鼓肚导致的液面波动。

1.包晶反应与鼓肚现象（a）锯齿状的液面波动 （b）铸坯在扇形段辊子之间鼓肚 武钢CSP铸机生产某低碳合金钢时出现的液面波动结晶器液面呈锯齿状波动，波动周期3.7s，拉速为2.9m/min，对应的辊间距为：3.7/60×2.9×1000mm=179mm，基本对应铸机扇形2段辊间距：180mm。

2.共振现象在浇注过程中，也经常出现类似于铸坯鼓肚的有节奏的结晶器液面波动现象，但与鼓肚现象不同的是，这种结晶器液面波动的周期约为0.8-1.0s 。

共振现象导致的液面波动（a ）结晶器液面、塞棒位置波动（b ）结晶器液面、塞棒位置波动、拉速局部放大结晶器液面波动的周期为0.9s ，而实际拉速波动周期为0.3s ，二者周期呈3倍的关系，构成了液面波动与实际拉速波动共振的条件。

3.液面检测与控制系统故障武钢CSP薄板坯连铸机的结晶器液位采用辐射系统测量，包括放射源和检测装置，分置于结晶器的两个宽边。

放射源采用Co60，被严格密封在保护箱内，放射强度（脉冲数/s）通过闪烁计数器测量，放射源与计数器之间的辐射吸收度是由结晶器液位高度决定的，放射强度与结晶器液位之间的关系近似为线性关系。

Co放射源闪烁计数器3.液面检测与控制系统故障液位检测系统将自动计算射线特性强度分布。

射线强度越高，即检测到的脉冲数越高，液面控制精度也就越高。

这套系统的液面控制精度受到以下几个方面的影响。

（1）铜板厚度的影响结晶器铜板越厚，结晶器空校得到的脉冲数越低，此时，结晶器实际液面的波动就越大。

300040005000600070008000900010000161820222426铜板厚度/mm 脉冲数统计分析表明，铜板厚度为25-26mm 时，结晶器液面控制的实际波动标准差约在1.5mm ，而铜板厚度在17-18mm 时，结晶器液面波动的标准差约为0.9mm 。

3.液面检测与控制系统故障（2）测量信号的衰减武钢2台CSP 连铸机，其中1#连铸机液面波动的监测画面总是显示出三角状的液面波动曲线，但实际上结晶器液面几乎没有变化，而且塞棒也没有动作。

如下图所示。

由于传输线路的布置原因，1#连铸机液位检测系统的信号传输线路较长，信号衰减较多，脉冲数低。

当脉冲数超过6000后，这种波动就基本消失了。

3.液面检测与控制系统故障（3）液位检测系统的零点漂移现象液位检测系统的零点漂移现象主要发生在结晶器校准后，结晶器放射源完全关闭或完全打开后，闪烁计数器仍然检测到放射源信号。

放射源关闭后，显示液位仍然有波动液位检测系统的零点漂移现象3.液面检测与控制系统故障（4）Co60放射源开关故障由于放射源长期在恶劣条件下工作，开关部位积渣或变形，导致开浇前，放射源没有完全打开，导致闪烁计数器实际接收到的脉冲数减少，从而导致结晶器的液面出现波动。

（5）不同结晶器水冷结构的影响不同结晶器水冷结构对结晶器液面波动的影响，主要表现在脉冲数的差异上。

武钢有两种不同冷却结构的结晶器，一种是常规水槽式冷却的，一种是深钻孔形式的。

从结晶器“空校”得到的脉冲数来看，深钻孔形式的结晶器较常规冷却水槽的结晶器高出1000左右。

4.结晶器流场的影响结晶器流场的影响主要是钢水流动特征变化引起的液面波动，主要包括：· 浸入式水口的设计参数和工艺参数· 生产异常，如水口破损、吸气，水口结瘤、结冷钢等。

（1）水口类型的影响4.结晶器流场的影响武钢CSP连铸机主要使用的是2种类型的浸入式水口，按照水口出口处的最大宽度进行区分，一为230型，一为320型。

（a）230型（b）320型从实际生产统计来看看，二者液面波动存在不同，在同等工况下相比，320型浸入式水口与230型水口相比，液面波动标准差要低1.0mm。

其原因可能是320型水口出口面积更大，流股流速更低。

（2）浸入式水口插入深度的影响 4.结晶器流场的影响为最大限度提高水口寿命，需要变化水口插入深度。

但来自CSP 厂的经验表明，为了避免对结晶器液面造成负面影响（如卷渣），结晶器液面和SEN 的上口之间的最小距离应为90mm 。

对武钢CSP 厂实际生产过程中，中包车的高度与结晶器液面波动进行了跟踪和分析 。

浸入式水口插入深度与结晶器液面波动的关系 1.251.251.221.221.221.21液面波动标准差/mm 758597110122142插入深度/mm水口插入深度为97mm 时，结晶器内液面波动变化不大，当中包车高度过高，插入深度低于97mm 时，结晶器内液面波动总体虽然仍然不大，但已经急剧增加。

（3） 结晶器流场不对称4.结晶器流场的影响实际生产过程中，常见的一些生产异常也会导致结晶器液面出现波动，其具体特征及原因如下：结晶器流场不对称导致的液面波动的分析操作粗心大意无规律的结晶器液面波动SEN未对中4水口内结冷钢造成水口出口两侧流股不对称中包钢水温度低（<8℃），保护渣燃烧火焰小，在结晶器内出现偏流水口结冷钢3保护浇注未做好，钢水不纯净，造成夹杂物在水口内壁富集结晶器内钢液面呈较大幅度的波动（波动约3%或更大），且伴随塞棒上涨水口结瘤2水口、塞棒材质不合格有规律的间歇性的结晶器液位波动（3%或更大）；左右两个窄边热流差异大。

SEN破损或塞棒棒头缺损1主要原因典型现象导致液面波动的原因序号三、控制液面波动的措施通过对武钢CSP连铸机结晶器液面波动现象的分析，可以看出，不同的异常会导致不同的液面波动现象，具体原因可根据实际异常进行综合判断。

武钢CSP在连铸生产中，采取了下述措施对结晶器液面波动异常进行控制：1）严格控制钢水的碳当量，避开0.060%-0.18%的包晶钢范围，特别是要控制好[C]、[Mn]的含量；做好扇形段和拉矫机的设备精度维护，特别是要避免扇形段过滤网的堵塞，以及管道、喷嘴的脱落现象，避免二次冷却不足造成鼓肚。

三、控制液面波动的措施2）针对拉速与液面波动出现的共振现象，及时调整拉速，避免共振造成液面波动逐步加剧。

同时做好拉矫机系统的维护，确保运转正常，避免拉速周期性波动。

3）做好结晶器液面波动检测与控制系统的维护，确保放射源在密闭环境下工作，避免保护渣等粉尘进入放射源。

同时对放射源的接收系统定期更换，保证液面检测系统有较高的检测精度；保证放射源系统在“空校”状态下，脉冲数≥6000。

三、控制液面波动的措施4）提高钢水温度的控制精度，提高钢水的纯净度，做好保护浇注避免二次氧化。

改善浸入式水口、塞棒的材质，提高低温抗水化能力，以防止高温下发生氧化；同时规范水口、塞棒的安装，避免人为损坏。

通过采取上述措施，武钢CSP连铸机的液面波动得到了有效控制，铸坯缺陷改判率从1.1%下降到0.7%，因结晶器液面波动导致的漏钢事故也降为0。

结晶器液面波动的特点及原因分析三、结论1）薄板坯连铸结晶器液面波动的原因复杂，不同的液面波动特征代表不同的生产异常，在实际生产中要根据波动的规律和生产的异常进行综合判断。

2）为控制好结晶器液面波动，主要是要做好设备精度维护，提高钢水成分、温度的控制精度和钢水纯净度，提高耐材的质量，提高液面控制系统的检测精度等。

3）通过采取有针对性的措施，结晶器液面波动得到有效控制，铸坯质量得到显著改善，连铸机的漏钢控制水平得到提高。

汇报完毕谢谢大家。