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。

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。

3000

4000

5000

6000

7000

80009000

10000

161820222426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。