连铸非稳态浇注的控制与优化

连铸非稳态浇注的控制与优化

杨治争1，2王延锋2饶江平2孙云虎2杨东明2成军2彭著刚1 （1 武钢研究院，湖北武汉430080；2武钢炼钢总厂四分厂，湖北武汉430083）

摘要：介绍了武钢炼钢总厂四分厂连铸非稳态浇注过程中大包开浇、中间包开浇、结晶器液位控制及浸入式水口快换和大包下渣检测等方面的设备特点和控制方法，实践证明，通过设备升级、提高控制精度、开发新技术等措施，可把非稳态浇注对生产稳定性和连铸坯质量等的不良影响控制到最低限度。

关键词：非稳态；自动开浇；过程控制；铸坯质量

Controlling and Optimizing of Unstable Casting in Continuous Casting Process YANG Zhi-zheng1,2,WANG Yan-feng2, RAO Jiang-ping2,SUN Yun-hu2,YANG Dongming2,CHENG Jun2PENG Zhugang1

(1 R&D WISCO, Hubei Wuhan 430080；2 4th sub-factory of general steelmaking factory of WISCO,

Hubei Wuhan 430083)

Abstract:Features and controlling methods of the equipments in processes of unstable continuous casting of the 4th sub-factory of general steelmaking factory of WISCO were introduced, including ladle free-opening, tundish auto-casting, liquid level controlling and submerged nozzle’s quick replacing of mould, slag detection of ladle and so on. Measures including updating facilities, improving accurate of controlling system, developing new technology were proved to be effective in practice, they can minimize the bad effect of the unsteady state to the producing stability and slab quality.

Key words: unsteady state; auto-casting; process controlling; slab quality

1 前言

连铸非稳态浇注一般指中间包开浇、快换浸入式水口、换钢包前后、浇注结束等钢水液面波动较大、拉速变化频繁的浇注状态。非稳态浇注时钢液的保护浇注状态、中间包钢液流场及覆盖剂性质和作用、结晶器流场及液面波动都受到较大影响，进而造成钢水二次氧化加剧、结晶器卷渣发生率提高，最终影响到连铸生产的顺行和连铸坯的质量。

非稳态浇注是连铸过程中不可避免的现象，国内外冶金工作者在此方面提出过不少针对性的控制措施[1~4，总结起来如下：1）提高钢包自开率，减少或避免烧氧浇钢；2）保持中间包流场稳定，避免中包钢液面波动过大；3）优化结晶器流场，控制结晶器液面波动等。但是纵观已有的资料，基本是在连铸的单个或几个环节上有针对性的研究，受设备、工艺及操作水平等的限制，从连铸全系统综合控制和优化非稳态浇注，提高连铸稳定性和铸坯质量的研究十分少见。

武钢炼钢总厂四分厂（下称四分厂）是武钢适应形势发展而新建立的具有世界先进水平的现代化钢厂，其连铸车间现有2台双流板坯连铸机，铸坯规格从210×800mm到250×1600mm，产品涵盖超低碳深冲钢、低碳钢、包晶钢、硅钢和

中高碳钢等系列品种，基本定位以高端、高附加值的硅钢和家电面板和汽车面板等产品为主，因此对铸坯质量有很高要求。目前该厂装备有国际一流的直弧形连铸机及控制设备、钢包下渣检测系统、中间包自动开浇控制系统以及自主研发的浸入式水口一键自动快换系统，具备非稳态浇注过程系统控制的硬件条件、控制优势和工艺操作基础。基于以上条件，开展了非稳态浇注过程的全面控制与优化。

2 钢包非稳态浇注的控制

2.1 提高钢包自动开浇率的实践

钢包开浇属于非稳态浇注，其控制水平直接影响到达中间包的钢水质量。在钢包自动开浇的情况下，滑板打开后，钢水可以在保护管的保护下经长水口流入中间包，避免与空气接触造成二次氧化。

影响自动开浇的因素很多[5]，简单列举如下：1）操作条件如钢种、出钢温度、精炼方式、传搁时间等；2）钢包结构、耐材质量及烘烤程度、座砖材质及结构等；3）操作水平如长水口的安装、引流砂的投放位置及投放量等；4）引流砂的矿物组成、粒度、形状等相关物理性质和投放方式等。在当前炉机节奏匹配，各钢种过程控制标准化的条件下，引流砂的质量和投放方式成为主要影响因素。在自动开浇失败的情况下，采用烧氧出钢，将导致相当多的钢水敞开浇注，直接造成钢水的二次氧化，影响铸坯的质量和改判率，同时影响连铸过程的稳定性。

引流砂的基本要求是：1）烧结层厚度适中；2）抗钢水渗透性好；3）流动性好。从实用性及材质稳定性和自开成功率等方面考虑，四分厂一直选用铬质复合矿物的作为引流砂，并通过不断提高其稳定性、调整投放方式，形成比较稳定的操作标准，现有的引流砂成分及性能指标如表1.

表1 四分厂引流砂典型成分及性能指标

采用现有的复合引流砂后，钢包自动开浇率从之前的96%左右提高到现在的平均98.6%的稳定水平，使此环节的钢水质量得到了有效保障。

2.2 钢包自动下渣检测系统的应用

钢包浇注末期，随着其钢液位接近零位，钢渣将随钢液流入中间包，氧化性的钢渣将直接造成钢水的二次污染、侵蚀中间包内衬、造成浸入式水口堵塞。因此，必须限制钢包向中间包下渣，采用下渣自动检测系统是控制此非稳态过程的有效方法。

目前四分厂应用的是国产第三代VSD2000振动式大包下渣自动检测系统，该系统的工作原理是基于矢量化信息处理方法，有效获取振动特征参数，并通过分析处理，排出干扰信号的影响。该系统由系统控制柜（MCU）、前端控制单元（FCU）、中间包液面自动控制单元（ACMU）、传感器及前级调理放大模块、下渣报警喇叭、下渣报警等和按钮控制盒等组成。振动信号通过安装在操作杆中部的传感器经前级调理放大模块连入系统控制柜的电器控制单元，并经处理后输出至工控机进行运算分析；系统检测出的下渣信号由系统控制柜输出至前端控制单元，再控制报警喇叭及报警灯工作，或直接发出指令，关闭大包水口。该系统的优点包括：对连铸操作无任何影响、安装调试方便、传感器使用周期长、综合成本低。

该系统的关键在于建立结构振动与钢水流动状态间的对应关系，因此，由于不同钢包结构和工艺等特征的不同，实际应用中，需要一个调试和匹配的过程。目前，该系统在四分厂的应用情况如图1所示。

图1 近一年内钢包下渣自动检测准确率图

（上曲线为包括多次报警末次准确的数据，下曲线为一次准确的数据）