连铸结晶器液面波动控制及检测技术研究
8-武钢CSP连铸结晶器液面波动控制实践
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。
结晶器液面波动成因及控制
应相 变 ８ Ｆ ｅ＋Ｌ 一－ ｙ Ｆ ｅ ， 会 产生 约 ０ ． ３ ８ ％ 的 体 积 收 缩， 坯 壳 与 结 晶器 铜 板 问产 生 问 隙 ， 影响传热， 造成
初生 坯壳不 均 匀 ， 出结 晶器 后易 产生鼓 肚 ， 从 而 引起 液面 波动 ； 再如 ， 对 于铝镇 静钢 ， 钢水处 理不 好 ， 或保 护浇 铸 效 果 差 时 ， 钢 中夹杂物 和脱氧产 物 （ 如 Ａ ｌ ， Ｏ 、 Ｃ ａ Ｏ、 Ｓ ｉ Ｏ ， 等） 易形成 高熔 点 聚合 物 附着在 水
（ １ ． 河北钢铁集 团 河北钢铁技术研究 总院， 河北 石家庄 ０ ５ ２ １ ６ ５ ； ２ ． 唐山不锈钢有限责任 公司 ， 河 北 唐
山 ０ ６ ３ ０ １ ０ ）
摘要 ： 结 晶器 液 面 波动 是连 铸 过 程 中 的常 见 现 象 ， 液面波动过 大会造成 铸坯夹 杂物含量 超标 、 纵 裂 等 产
０ ５ ２ １ ６ ５； ２ ． Ｔ ａ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ ｎ Ｓ ｔ ａ ｉ ｎ ｌ ｅ ｓ ｓ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ Ｃｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｔａ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ ｎ， Ｈｅ ｉ ｂ ｅ ｉ ， ０ ６ ３ ０１ ０）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔｈ ｅ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｆ ｌｕ ｃ ｔ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｍ ｏｌ ｄ ｉ ｓ ａ ｎ ｏ ｒ ｍａ ｌ ｓ ｉ ｔ ｕａ ｔ ｉ ｏｎ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎｔ ｉ ｎｕ ｏ ｕｓ ｃａ ｓ ｔ ｉ ｎｇ． Ｔｏｏ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｆ ｌｕ ｃ ｔ ｕａ ｔ ｉ ｏ ｎ
连铸 过程 中要求 将结 晶器 液面 波动控 制在 一定 范 围 内（ 一般为 ± ３ ｍｍ） ， 液 面波 动过 大将会 影 响结 晶器 保护 渣 的三层结 构 ， 破 坏其 润滑 和传 热平 衡 ， 导
结晶器内钢液面波动分析与控制
１钢种特性的影响 在连铸过程中。易出现结晶器液面 波动的钢种主要为碳素结构钢，碳含量为 ０．０７％～０．１６％，大多数属于包晶钢范围。 在铸钢时，铸坯在凝固过程中会发生包晶 反应：６＋Ｌ—ｙ。面心立方６铁素体密 度大于体心立方ｙ奥氏体，相变过程中 会伴随Ｏ ３８％的线收缩，导致较大的相 变应力，凝固壳厚薄不均匀。容易造成以 下问题：第一。产生横向温度梯度，导致 铸坯表面出现纵裂；第二，拉出轧辊扇形 截面时．坯料反复鼓肚，造成结晶器内产 生液面波动，一旦形成液面波动，就很难 消除。 ２结晶器流场的影响 结晶器液面波动函数Ｆ与波高之间呈 线性关系，当Ｆ值处于３～５范围时可 得到较为理想的液面波动状态。波动函数 Ｆ的定义如公式。
连铸结晶器液面波动因素及预防措施
铸坯在二冷区的冷却对液面波动也有影响。 传统
ｌ 概 述
结晶器是连铸设备的心脏。钢水在结晶器内冷
上二次冷却采用弱冷制度 ， 这会造成二冷区铸坯坯壳 生长减慢及坯壳表面温度过高 ， 加剧铸坯鼓胀倾向， 从而使液面波动产生。
２ ． ４ 连铸 机拉速
却， 形成一定厚度的坯壳； 初步成形的铸坯在二次冷 却区内继续冷却 ， 坯壳变厚 ； 铸坯在拉坯过程中进一 步冷却 ， 直至内部完全凝固。钢水在结晶器内的液面
使铸坯卡阻造成。对于钢液面的前后或左右波动 ， 则 大多是因为弹簧板异常、 个别连接轴销磨损以及结晶 器内异物阻碍铸坯运动等原因造成。
２ ． ６ 其它
２ 结晶器液面波动原 因
２ ． １钢水化学成分 钢水 的化学成分对结晶器 液面波动 的影响很 大，因为钢水中有些化学成分在特定条件下会发生 反应 ， 影响钢水液面的稳定性 。例如， 包晶钢极易产
41连铸结晶器液面波动因素及预防措施大连华锐重工集团股份有限公司设计研究院祭飞摘相应措施有效控制结晶器液面波动为稳态浇铸提供保证
２ ０ １ ４年第 １ 期 总第 ４ １ 期
重 工与起重 技术
ＨＥＡＶ Ｙ Ｉ ＮＤＵＳ Ｔ ＲＩ ＡＬ ＆ ＨＯＩ ｎＮ Ｇ ＭＡＣ ＨＩ ＮＥＲ Ｙ
Ｎ０． １ ２ ０１ ４
结晶器浸入式水 口的流场可以影响钢液面的波 动。由于受浇注钢水射流的影响， 壁面附近的钢液较
活跃 ， 弯月面处的波动较大 ， 但在一定浸入深度下（ 约
３ ａ ｒ ｍ ） ，水口的流场对大方坯结晶器液面波动的影响 不大 。 此外 ， 液面波动是 由于辊列等距布置 ， 导致板坯
生液面波动，这是因为包晶相变造成初生坯壳不均 匀所致。另外 ， 如果钢水中硫和铝的含量过高， 会造 成水 口内 Ａ ｌ ２ ０ 。 和硫化物结瘤 ， 从而引起液面波动。
结晶器液面控制探析
天津冶金职业技术学院毕业课题结晶器液位控制系统探析系别机械工程专业机电一体化班级 09机械学生姓名徐冀峰指导教师张秋菊2011年9月27日摘要连铸是炼钢生产的核心设备。
当代高端大型连铸机大多采用多流园弧形连铸机，连铸控制采用二级自动控制系统，即PLC控制和过程控制。
在整个系统中，结晶器液位控制是关键技术。
液位控制有很多方式，普遍采用的是钴-６０液位控制。
本文将对钴-６０液位控制系统进行探析。
关键词：结晶器，液位控制，过程控制系统目录摘要-------------------------------------------------------Ⅰ1.概述---------------------------------------------12.结晶器液位控制原理---------------------------------1 2.1.基础自动化部分---------------------------------------------1 2.2.检测部分--------------------------------------------1 2.3.结晶器液位控制器------------------------------------1 2.4.伺服执行机构-------------------------------------22.5.液位显示部分-----------------------------------------23.系统的组成---------------------------------------2 3.1.基础自动化-P L C系统-----------------------------------2 3.2.液面位置检测部分---------------------------------------3 3.3.结晶器液位控制器-----------------------------------------43.4.伺服执行机构---------------------------------54.自动浇铸-------------------------------7 4.1.前馈控制-------------------------------84.2.比例参数重新调正----------------------------------------85.结束语-----------------------------96.参考文献：-----------------------------91.概述连铸是炼钢生产的核心设备。
包晶钢结晶器液面周期性波动原因及控制
ｕ ｎ ｅ ｖ ｅ ｎ ｌ ｙ ｄ ｕ ｅ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｏ ｃ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｐ ｅ ｒ ｉ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｃ ｐ ｈ ａ ｓ ｅ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ
ｃ ａ ｓ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｂ ａ ｙ ｕ ｑ ｕ ａ ｎ Ｉ ｒ ｏ ｎ＆ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ Ｓ ｕ ｂ ｓ ｉ ｄ ｉ ａ ｒ ｙ Ｃ ｏ ． ｏ ｆ Ａ ｎ ｇ ａ ｎ ｇ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ Ｃ ｏ ． ． Ｌ ｔ ｄ ． ． Ｔபைடு நூலகம்ｈ ｅ ｍ ａ ｊ ｏ ｒ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｌ ｅ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ
鞍 钢 技 术
２ ０１ ３ 年 第 ５期
，●● －●－ 一 … ’。 ’－
连铸结晶器液面波动控制及检测技术研究
d1 d 2 Vm vs cos d nail
d d2 1 b2 b1 (a2 hlump a1hlump ) cos 1 d (d lump ) 5 d nail
dVm
Vm Vm Vm d (d lump ) d (hlump ) d (d1 d 2 ) d lump hlump (d1 d 2 )
NF
90 92 94 96
Casting speed 2.0 m/min Casting speed 2.5 m/min Casting speed 3.0 m/min
90 92 94 96
0
100
200
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
300
400
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600
0
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300
400
500
600
Distance from center of nozzle (mm)
液面波动剧烈，3.0m/min最 高波动达~12mm 更易造成表面卷渣
0
100
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0
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300
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600
Distance from center of nozzle (mm)
Distance from center of nozzle (mm)
t=60s
板坯连铸结晶器内钢水流动模式非常复杂，结晶器内钢水流速 检测方法主要包括以下几点：
放射同位素法
缺点是放射性元素污染
安装在结晶器一侧放射线源连续不断地放射出一定强度的γ射线，利用钢液对γ射 线的吸收程度来反映钢液液面的高度。
板坯连铸机结晶器液位波动分析及控制策略
连铸 机结 晶器 液位 控制 是连 铸生 产过 程 自动 化 的重 要环 节 ， 其控 制 效 果 的好 坏 直接 影 响产 品 质 量 。若 液位 波 动 较 大 ， 超 过 ±５ ｍ ｍ， 会 对 铸 坯 质量 造 成一 定 的影 响 ， 甚 至 会 把 未熔 化 的保 护 渣
Ｔｏ ｎ ｇ Ｃｈ ｕ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ
（ Ｊ ｉ ｎ ａ ｎ Ｉ ｒ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ Ｃ Ｏ ．Ｌ ｔ ｄ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｓ ｏ ｆ ｍｏ ｕ ｌ ｄ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｆ ｌ ｕ ｃ ｔ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｓ ｌ ａ ｂ ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ ｏ ｕ ｓ ｃ ａ ｓ ｔ ｅ ｒ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ，ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ ｍｏ ｌ ｔ ｅ ｎ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ，ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｔ ｉ ｃ ｓ ｌ ａ ｇ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ，ｓ ｔ ｒ ａ ｎ ｄ ｂ ｕ ｌ ｄ ｇ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ
第２ ０卷第 ４期
・
宽 厚板
ＷＩ ＤＥ ＡＮＤ Ｈ ＥＡＶＹ ＰＬ ＡＴＥ
CSP连铸结晶器液位波动的分析
杨勇(马鞍山钢铁股份有限公司)摘要结晶器液位控制系统用于自动开浇,并在浇铸期间保持钢水液位在预设定恒定液位上,任何对预设恒定液位偏移都通过塞棒位置调整来补偿。
但是在实际生产中,仍然经常会发生钢水液面波动,这不仅严重影响了板坯质量,而且还降低了生产效率。
通过对马钢热轧连铸结晶器液面波动分析,发现了结晶器液面波动产生的原因,并提出了预防措施,降低了液面波动发生的几率。
关键词结晶器液位控制液位波动分析液面波动预防措施An Analysis of Fluctuat ions in the Mould Level of CSP CasterYa ng Yong(Ma anshan Iron & Ste el Co. Ltd. )Abstract The mould le vel control system se rve s to sta rt ca sting automatic ally and maintains a constant pre se tlevel during c asting. Any fluctuations f rom the pre se t level a re compensate d by a djusting the po sition of the stopperwhich controls the steel flow from the tundish into the mould. In practic al ope ration , howe ve r , level fluctuations oftenoccur , which seriously aff ects pro duction a s well a s sla b quality. Cause s of level fluctuations wer e found out through an2alyzing the mould level fluctuations at Maste el’s CSP ca ster a nd eff ective mea sure s wer e taken to control fluctuations.Key wor ds mould level control analysis of le vel fluctuations me asure s to control fluctuations0前言结晶器液位控制系统在CSP连铸系统中起着很重要的作用,是不可缺少的。
【精品】连铸机结晶器钢液面控制
【关键字】精品压力容器无损检测技术的原理及应用系别：化工机械系班级：11级过程姓名：黄广伟学号：20日期：连铸机液面自动检测与控制青海大学11级过程装备与控制工程黄广伟邮编：810016摘要：文章介绍了连铸机液面的自动控制系统，以结晶器熔钢液面为例，介绍了常用的的三种检测方法，比较了它们的特点。
重点讨论了结晶器熔钢液面的控制系统，从理论与实践上总结了实现结晶器熔钢液面稳定控制的方法。
关键词：液面控制自动控制熔钢液面结晶器连铸机一、连铸机液面自动检测与控制的目的和意义随着社会对钢材品种，规格，质量的要求越来越高，轧钢对连铸坯的质量要求也越来越高。
如果不能稳定，可靠地控制结晶器的熔钢液面，要想连续生产出高质量的铸坯是不可能的。
为了提高连铸的生产率，很自然要提高拉速度，但是这样一来拉漏跑钢的事故发生率明显上升，这是一个值得研究的问题。
开发漏钢预知技术，准确有效地控制结晶器四壁冷却效果，保证铸坯初期凝固稳定，这是高效连铸机安全生产的重要保证。
二、连铸机液面自动检测与控制在我国的现状连续铸钢法是20世纪50年代发展起来的一项新型铸钢技术，70年代以来得到迅速发展，并被世界各主要产钢国家广泛使用。
1970年世界钢铁工业连铸比仅为6.2%，1975年上升到13.2%，1979年又增至24.1%，1980年达到30%左右。
中国钢铁工业的连铸比1979年为4.8%，1980年为6.7%，1981年为7.5%，1982年为9%。
并且逐年增长，到2014年技术已经是相当先进。
三、连铸机液面自动检测与控制采用的技术路线和原理3.1、结晶器熔钢液面的检测结晶器熔钢液面的检测方式多种多样：热电偶埋入法，工业电视法，周期性电极插入法，放射性同为素法，涡流法，电池感应法和激光法等等。
目前板坯连铸机结晶器上广泛采用的方法是放射性同为素法，涡流法和激光法。
目前连铸机采用最多的是放射性同位素Co60测液面仪。
其原理是安装在结晶器一侧的柱状Co60放射线源连续不断地放射出一定强度的γ 射线。
马钢板坯连铸结晶器液面波动的研究与控制
素结 构钢 、 低合 金 高 强 钢 、 用 结 构 钢 和超 低 碳 钢 船 种 ， 中生产 的碳 素结 构钢 、 其 低合 金 高强钢 、 船用 结
构钢 中多数属 于包 晶钢 范 围 。包 晶钢 ： Ｆ —Ｃ相 由 ｅ
凝 固过 程 时 会 发 生 包 晶 转 变 Ｌ＋ — ７ 产 生 约 ， Ｏ３％的体积 收 缩 变化 。 坯 壳 与结 晶器 铜 板 间产 ．８
生气 隙 ， 响传 热 ， 影 造成坯 壳生 长不均 匀 ， 晶器 内 结
量较高 ， 钢水处理不好或保护浇铸效果差时易生产 ０ 等难熔 物附着 于 浸 入式 水 Ｉ侧 孔 ， 结 晶器 ３ ＝ １ 使
第 ２ 卷 第 ２期 １ ２ １ 年 ４月 ０１
安 徽 冶 金 科 技 职 业 学 院 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＡ ｈ ｉＶ ｃ ｔ ｎ ｌＣ ｌ ｇ ｆＭｅａｌｒ ｙ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｒ ａ ｎ ｕ ｏ ａ ｏ ａ ｏｌ ｅ ｏ ｔ ｕ ｇ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｉ ｅ ｌ
・
８ ・
安 徽 冶 金 科 技 职 业 学 院 学 报
２１ 年第 ２期 ０１
图 可知 碳含 量在 ０ ０ ％ 一０ １ ％之 间的钢 水在 ”， ．９ ．７
行时 ， 肚坯壳 又 被挤 压 ， 而造 成 结 晶器液 面波 鼓 从 动 。超低 碳钢 种 因属 铝镇静 钢 工艺 ， 钢水 中 Ａ ｋ含
３ 结晶器液面波动形成原 因
３ １ 钢种 特 性 ．
马 钢板 坯 连 铸 易 出现 液 面波 动钢 种 主要 为碳
收稿 日期 ：０ １ ０ ０ ； 回 日期 ：０ １ ４ ０ ２ １ — ４— ６ 改 ２ １ —０ —２
连铸工艺过程控制及结晶器液位波动事故解决办法
连铸工艺过程控制及结晶器液位波动事故解决办法一、连铸工艺过程掌握选择趋势画面中的结晶器液面掌握画面，观看结晶器液面与塞棒的运动趋势，通过总览画面，监视二冷水流量、压力、结晶器水量、压力及进水温度、进出水温差、宽面及窄面热流密度、塞棒开度、结晶器液面高度、拉矫机处铸坯的温度。
监视热流图状况，发觉特别状况准时启动牯结循环。
监视FDA实时曲线，依据浇注状况准时调整拉速。
通过转换HMI画面，监控各设备和介质系统的运行状况，留意各液压系统油温、油位有无变化。
适时向结晶器内加入爱护渣，保持黑液面操作。
依据详细状况进行捞渣操作。
浇注过程中，利用中间包车自动升降来匀称水口的侵蚀。
二、结晶器液位波动事故。
一旦结晶器液位达到目标液位8%时，会消失闪耀(AUTOLEVEJL BUTTON)和可闻报警，应马上降低拉速。
为避开结晶器填充时不正确的干预，只有结晶器液位达到设定液位（目标液位的-10%），此程序才能激活。
1)溢钢事故。
当结晶器液位达到放射性检测范围的110%X以上时，消失蜂鸣和可视报警。
当结晶器液位超过110%时自动程序被激活，塞杆按给定的下降速度自动关闭，拉速保持恒定。
液位设定值为82%，当液位80%时，拉速降低到2 m/min，低于实际值但最小不低于2m/min。
假如液位低到离开了读数范围，则利用闸把打开塞杆（建议值为l2-16 mm）。
一旦液位达到读数范围，打开自动开关。
在浇钢工操作箱上会有信息提示操作工：由于高液位而降低了拉速。
为重新实现远程速度掌握，操作工应按远程速度掌握开关。
为实现拉速手动掌握模式，操作工应掌握电位计使拉速达到实际值然后按远程速度掌握按钮。
2)结晶器液位过低。
当结晶器液位低于16%时，此程序被激活。
以给定的下降速度关闭塞杆。
拉速为1.5 m/min。
假如消失漏钢，操作工应按漏钢事故按钮。
假如操作工想连续连铸，则应以手动或纯手功模式重建液位，一旦液位处于读数范围(15%)可采纳自动掌握。
连铸结晶器液位监测与控制实践
（二）操作因素
中间包下水口插入深度太浅，水口不对中；
没按应流次安装，放置时把上下
放反；板坯挑渣时用
流探头；
装置；
，
引发 钢预报 温度
等等
引起结晶器钢水液位异常波动， 重
时会引起大
量V
解决措施： 提高
V
（三）钢水成分
在生产碳质量分数为0.09% - 0.17%的包晶 钢很容易产生液面波动，因为钢水的凝固处于
（三）液位波动影响
结晶器钢 液位波动通常是 钢 在结晶
器内波动幅度超 设定标准 ±5 mm 上，且
持续时间〉30 s。浇铸 程中，钢液面波动 大
容易造成表面卷渣，一般来讲波动〉5 mm时，
的铸 表
，
人工，
成铸
。超！
钢中 中，超 60% 由
的液位波动
成铸 的
， ， 结晶
器内钢水液位波动超过10 mm时，铸坯表面纵
28[ 2019年第4期
------------------------------------------------------------------------------
按设定液位高度运行，超出精度控制范围则属 于异常波动，因此，准确的结晶器液位标定和 科学的液位高度设置是监测和控制液位波动的 前提。液位标定主要由专业技术人员使用专门 制作的金属标定垫块来实施，在模拟浇钢的工 况下距结晶器上口 -50 mm至-150 mm范围内 在控制仪表上进行精确刻度0 ~ 100 mm,通常要 标定2~3次反复对比调整才能完成,如果液位 标定不准确则液位监控及液位实运行值则
能 成铸
30%。另外，液位波动大还
钢
钢
------------------------------ 工作实践
浅析连铸液面自动控制影响因素及解决方案
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Metallurgical & Ecological Engineering
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Chuanbo Ji
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应用背景及意义
结晶器内钢水流动要求
不应把结晶器保护渣卷入钢水内部
钢水流动利于液相穴夹杂物上浮 钢水凝固不应对凝固坯壳冲刷
d lump 10 15 d lump d1 d 2 b11 b 21 a1b1hlump a 2 b2 hlump d (hlump ) cos 5 5 d nail
d lump 10 15 d lump d d2 b1 b 2 1 1 a1hlump a2 hlump sin 1 d (d1 d 2） 5 5 d nail d nail
avg
2ph 2d1 d lump d nail
2pl 2d 2 d lump d nail
1 d d2 1 ( ) ( ) ( ) 1 2 2 2 d nail 2 15 d lump d lump 10 b1 b2 vs (a1hlump ) (a2 hlump ) 5 5
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3
应用背景及意义
结晶器内钢水流动产生的铸坯缺陷
从水口流出的钢水对结晶器窄面的冲击，易产生角部纵裂纹， 严重时漏钢 向上流股动量过大，弯月面波动剧烈，液渣渗入坯壳间空隙， 产生纵裂纹 液面波动剧烈，造成卷渣污染钢液 液面流动不充分，局部温度过低，造成局部冷凝形成深振痕 和弯月面区初生坯壳呈现“镰刀状”，捕捉渣滴、夹杂物和气 泡进入坯壳
8
结晶器表面检测方法
插钉法
优点：
直观 操作简单、可控性强 准确性高、可以测量表面瞬态波动情况
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9
插钉法实验误差分析
涡流法
缺点是在结晶上方设有探测线圈,线圈会被高温烧坏
钢液表面产生磁涡流。该涡流又产生一个新磁场，并在二次侧线圈中感应产 生一个差分电压
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10
水口浸入深度对表面流速影响
0.6
0.6
Without EMBr
Top surface velocity (m/s)
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6
结晶器内流场研究方法
物理模拟
主要是水模型
速度测量（PIV、UDV） 液面波动测量（DJ800） 可视化流场显示（墨汁、粒子追踪）
Top surface velocity (m/s)
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.0
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
SEN depth 250mm SEN depth 180mm SEN depth 120mm
SEN depth 250mm SEN depth 180mm SEN depth 120mm
液面波动剧烈，3.0m/min最 高波动达~12mm 更易造成表面卷渣
0
100
200
300
400
500
600
0
100
200
300
400
500
600
Distance from center of nozzle (mm)
Distance from center of nozzle (mm)
t=60s
t=90s
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12
水口浸入深度对表面波动影响 （No EMBr）
82
82
Distance from top of mold (mm)
NF
90 92 94 96
Casting speed 2.0 m/min Casting speed 2.5 m/min Casting speed 3.0 m/min
90 92 94 96
0
100
200
300
400
500
600
0
100
200
300
400
500
600
Distance from center of nozzle (mm)
数学模拟
基于RANS的模型、LES、DNS
插钉法实验 结晶器表面渣层厚度测量 铸坯振痕测量
• Metallurgical & Ecological Engineering • Chuanbo Ji
现场测量
University of Science & Technology Beijing
7
结晶器表面检测方法
d1 d 2 Vm vs cos d nail
d d2 1 b2 b1 (a2 hlump a1hlump ) cos 1 d (d lump ) 5 d nail
dVm
Vm Vm Vm d (d lump ) d (hlump ) d (d1 d 2 ) d lump hlump (d1 d 2 )
拉速对表面波动影响（No EMBr）
82
82
Distance from top of mold (mm)
Distance from top of mold (mm)
84 86
No EMBr
84 86
No EMBr
无电磁制动：
Casting speed 2.0 m/min Casting speed 2.5 m/min Casting speed 3.0 m/min
Distance from center of nozzle (mm)
NF
88
88
窄面液面高，水口附近液面低 液面波动较剧烈 液面波动随时间变化而呈现 周期性变化，变化周期~90s
t=0s
82
t=30s
82
拉
NF
速
Distance from top of mold (mm)
Distance from top of mold (mm)
t=0s
82
82
t=30s
SEN depth 180mm SEN depth 250mm SEN depth 120mm
Distance from top of mold (mm)
结晶器内钢水流动控制
电磁搅拌 电磁制动
均匀弯月面处温度 减慢流速，消除卷渣
University of Science & Technology Beijing •
抑制水口射流速度，减缓沿凝固壳向下流动， 促进夹杂物和气泡上浮
Metallurgical & Ecological Engineering • Chuanbo Ji
5
影响结晶器内钢水流场因素
影响连铸结晶器内钢水流场的主要因素主要分为：
浸入式水口结构参数：浸入式水口的参数 主要有水口直径、出口参数（出口倾角、出 口面积）、水口形状（长方形、正方形、圆 形、椭圆形等； 连铸工艺参数影响，主要包括水口浸入深度、 拉速、吹气量等 浇铸过程中的不稳定因素（塞棒、滑板、水口 结瘤）
88 90 92 94 96
SEN Depth
250mm 各个时刻结晶器表面波动 也不同 驻波高度降低No EMBr来自No EMBr0
100
200
300
400
500
600
0
100
200
300
400
500
600
Distance from center of nozzle (mm)
Distance from center of nozzle (mm)
86
Distance from top of mold (mm)
84
SEN depth 180mm SEN depth 250mm SEN depth 120mm
84 86
SEN depth 180mm SEN depth 250mm SEN depth 120mm
180mm
NF
NF
88 90 92 94 96
Dec 27，2012
连铸结晶器液面波动控制 及检测技术
汇报者：吉传波 李京社
北京科技大学冶金与生态工程学院
University of Illinois at Urbana-Champaign Metals Processing Simulation Lab •Ji chuanboji@ • Beijing Metallurgical & Ecological Engineering • Chuanbo University of Science & Technology • • Metallurgical & Ecological Engineering •