36 高拉速条件下板坯连铸结晶器冷却研究

3.2
结晶器平均热流密度
钢水在结晶器内耗散的总热量是冷却水温升、水流量以及接触面积的函数，而单位面积的传热量即平
均热流密度
QA
则可以反映出当前的传热效率，用于指导生产工艺和预报漏钢。图 3 给出是 2013 年 11 月
份一个完整浇次的热流密度历史趋势图，浇注钢种 SPHC，断面宽度 1000mm，最高拉速 2.5m/min。
时间 (hh:mm)
时间 (hh:mm)
图3
目标拉速 2.5m/min 浇次结晶器平均热流密度曲线 a)奇数流；b）偶数流 History Trend Curve of Mold heat flux at max casting speed of 2.5m/min
Fig. 3
从图 3 不难发现，该浇次的生产过程中： （1）结晶器宽面平均热流密度大于窄面，其原因主要是：宽面铸坯与结晶器铜壁的接触面积大于窄 面，在相同的钢水静压力作用下，宽面坯壳易于变形，会贴紧结晶器壁；另外，铸坯宽面的收缩量要小于 窄面的收缩量，所以，宽面坯壳与结晶器壁之间产生的气隙较小，热流密度也因此会大一些。 （2）奇数流（图 a）外弧侧热流密度明显大于内弧侧，右侧热流密度明显大于左侧；偶数流（图 b） 固定侧和活动侧热流差别均不大。可能的原因是，奇数流水口对中存在偏差导致偏流。 图 4 选择性地给出了不同浇次中的各个侧面的最大热流密度，这些浇次的最大拉速不尽相同。从整体 上看，结晶器热流密度随着拉速的提高而增加，但 2.4m/min 拉速下的最大热流密度却比 2.0 m/min 最大热 流密度要低，这说明拉速提高到 2.4m/min 后的冷却能力不够。
2 高拉速连铸的关键技术
京唐公司 3 号双流板坯连铸机为全套引进达涅利，采用直弧形连铸机设计，铸机半径 9.5 m，铸机长 度 43.5m，最高设计拉速 2.3m/min。因其装备有结晶器电磁制动（FC 结晶器） ，被选为高拉速专业化生产 铸机。
2.8 2.7 2.6 2.5 2.4 2.3 2.2 2.1 2.0 1.9 1.8 1.7 1.6 1.5
高拉速条件下板坯连铸结晶器冷却研究
曾智 唐德池 季晨曦 崔阳 王胜东 白健 彭国仲 田志红
(首钢技术研究院，北京 100043；首钢京唐钢铁联合有限责任公司，唐山 摘要 063210）)
以首钢京唐钢铁公司 3 号高效板坯连铸机为例， 介绍高拉速连铸技术的特点及其关键技术， 并结合历史生产过程数据
分析了高拉速条件下结晶器传热特点， 定量研究了不同拉速和结晶器水流量对结晶器进出口水温升、 平均热流密度和铜板温 度的变化规律。通过对结晶器冷却工艺的深入研究，连铸生产的安全性得到有效保证，目前该铸机已具备连铸最高拉速 2.5m/min 的稳定生产能力，高拉速期间未发生漏钢事故。 关键词 板坯连铸 高拉速 结晶器冷却
不发生局部沸腾现象，对高拉速条件下结晶器冷却水流量进行调整，将窄面水流量从 490L/min 逐步提高 到 600L/min，将宽面冷却水量从 4600L/min 提高到 4900L/min，对应的水流速超过 9m/s。
图2 Fig.2
结晶器水流量与水流速之间的关系
Relationship between water flow rate and velocity
Research on Primary Cooling for High-speed Slab Continuous Casting Mold
Zeng Zhi Tang Dechi Ji Chenxi Cui Yang Wang Shengdong Guozhong Tian Zhihong
Bai Jian Peng
3 结晶器传热特点
结晶器的传热状态决定其工作状态，最终影响到连铸坯的表面质量和连铸机的生产率。结晶器的热监 测内容包括结晶器冷却水进出口温升、结晶器平均热流密度和结晶器铜板局部温度。基于高拉速连铸结晶 器实际生产的历史过程数据，通过对热监测参数的测定，重点分析结晶器冷却水温升、平均热流密度和铜 板温度随工艺参数的变化规律，并试图通过回归分析法寻找到控制量与其它可监测量观测值之间的定量关 系。
随着拉速的提高，结晶器保护渣耗量降低、钢水液面波动加大和结晶器出口处凝固坯壳厚度减薄，铸 坯会因传热不均容易产生裂纹缺陷甚至造成漏钢事故。板坯表面质量控制与预防漏钢是高拉速连铸的关键 性技术，主要包括结晶器冷却工艺、结晶器保护渣和 FC 结晶器等技术的优化与应用。
2.1
结晶器冷却工艺
拉速提高后，为避免结晶器水温升高的报警和增加结晶器出口处坯壳厚度，减少高热状态下结晶器水
2.2
FC 结晶器技术
FC 结晶器英文全名为 Flow Control Mold， 是上世纪 90 年代初日本川崎制铁公司 （现 JFE） 与瑞典 ABB
公司合作开发的全幅二段钢水流动电磁制动控制装置，其中上段磁场位于弯月面附近，用于抑制弯月面的 波动；下段磁场位于浸入式水口（SEN）下方，用于降低 SEN 流出钢水的冲击深度，以达到减少坯壳捕捉 “Ar 泡+Al2O3”与促进钢液中非金属夹杂物上浮等目的。 采用 FC 结晶器还可以通过调整上、下磁场的强度对结晶器内钢水流动进行控制，例如通过降低上部 磁场强度和增加下部磁场强度可以增加钢水上回流速度和比率，提高弯月面处钢水温度，减轻“钩状”坯壳 程度，提高钢板表面质量。
2.3
结晶器保护渣
高拉速连铸结晶器保护渣的特征是“两低一高”，即低粘度、低熔化温度、高熔化速度。在生产中高拉
速连铸保护渣的性能之间很难协调控制，往往顾此失彼。例如为获得保护渣的高熔化速度使渣中自由碳配 入量受到限制，给渣的保温性能造成不利影响。高拉速要求有低的粘度和析晶温度才能保证良好的润滑， 但为降低粘度所加入的助熔剂又会提高析晶温度，析晶温度高由于结晶析出会破坏坯壳与结晶器之间的液 体润滑效果，增大铸坯与结晶器之间的摩擦力，使粘结性拉漏的可能性增大。 为适应高拉速生产的需要，对现场使用的结晶器保护渣进行性能优化，通过大量试验，将目前所用保 护渣固定 C 含量由 2.32%提高 2.68%，粘度由 0.28 Pa· s 降低到 0.14 Pa· s，改进后的高拉速专用结晶器保护 渣在高拉速时的渣耗量均在 0.25kg/m2 以上，且生产过程中无粘结报警发生，满足生产实践的需要。
2012/3 2012/4 2012/6 2012/8 2012/11 2013/2 2013/6 2013/8
京唐连铸机生产最高拉速,m/min
2.5 2.4 2.3 2.1 2 1.9 1.8 1.7
图1 Fig.1
京唐 3#连铸机高拉速连铸技术发展进程
Development progress of casting speed of No. 3 Slab Caster
1 前言
高效连铸技术是当代连铸生产优化的重要发展方向，其特征是高拉速、高质量无缺陷、高连浇率、高 作业率和铸坯高温装炉，并以高拉速连铸技术为主导和重点。首钢京唐公司现拥有 4 台高效板坯连铸机， 其 3 号板坯连铸机以生产低碳铝镇静钢种为主，铸坯规格范围为 230× （900~1650）mm，连铸最高拉速已 由此前的 1.70m/min 不断提高到 2.5m/min，发展历程见图 1；生产超低碳钢连铸最高拉速由 1.60m/min 提 高到 2.0m/min。在提高连铸拉速的生产实践过程中，没有发生漏钢事故，板坯质量稳定。本文介绍了高拉 速连铸技术的特点和关键技术，并结合历史生产过程数据分析了高拉速条件下结晶器传热特点，定量研究 了不同拉速和结晶器水流量对结晶器进出口水温差、平均热流密度和铜板温度的变化规律。
3.1
结晶器水温升
结晶器冷却水温升 是评估结晶器工作状态的重要参数之一，它是指结晶器冷却水的进水量一定的情况下，水温升越高越好，说明结晶器传热能力强，但是为 避免结晶器冷却水的沸腾，一般要求冷却水进水温度低于 45℃，水温升不应超过 10℃[1] [2]。 表 2 给出的是部分浇次的最大水温升的监测情况，拉速由 1.80 m/min 提高到 1.90m/min，水温升相应 增加并出现窄面 过高的报警情况，之后将窄面水量设定值由 540L/min 提高到 580L/min。拉速由 1.90 m/min 提高到 2.00m/min，水温升不但不再增加，相反却会出现小幅的降低。其原因可能是结晶器铜板与 冷却水之间的传热机理发生了改变，即有可能出现“核沸腾”的情形，在冷却水中产生了蒸汽核心，降低了 传热效率，冷却水温升出现下降。这同样说明结晶器冷却能力不够，若提高拉速仍须考虑增加结晶器冷却 强度。
表2 Table 2 浇次 序号 1 2 3 4 拉速 m/min 1.80 1.90 1.90 2.00 窄面水流量设定 L/min 540 540 580 580
板坯结晶器最大水温升
Basic parameters of No. 3 Slab Caster 铸流 奇数流 偶数流 奇数流 偶数流 奇数流 偶数流 奇数流 偶数流 结晶器最大水温升，℃ 外弧侧 5.7 5.2 5.9 5.4 6.0 5.4 6.1 5.3 内弧侧 5.2 5.2 5.4 5.4 5.5 5.5 5.5 5.4 左侧 10.0 9.4 11.2 10.4 10.7 10.1 11.1 9.8 右侧 9.9 9.6 11.1 11.3 10.6 10.3 10.6 10.7
(Shougang Research Institute of Technology, Beijing 100043, China Shougang Jingtang Iron & Steel United Co., Ltd, Tangshan 063210,China ） Abstract Take the No.3 high-efficient slab caster of Shougang Jingtang Company for example, the characteristics and key