板坯连铸耐候钢SPA-H液位波动分析

高源 ，张峰林(.沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁 营口 500；.本溪钢铁(集团)有限责任公司，辽宁 本溪 7000)

板坯连铸耐候钢SPA-H液位波动分析

高源1，张峰林2
(1.沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁 营口 115200；2.本溪钢铁(集团)有限责任公司，辽宁 本溪 117000)

本文通过对SPA-H钢液位波动波形的周期计算，找出液位波动的产生位置，并进一步从该钢种的成分、过热度、二冷配水、结晶器保护渣等工艺方面进行分析，查找出影响波动产生的显著因素，并制定出合理的工艺措施加以控制。

液位波动 波形 过热度

1 引言

本钢1600mm连铸机在浇铸SPA-H钢过程中，经常发生结晶器内钢水液位波动现象，最大波动值高达±10mm，发生波动后，铸机无法实现高拉速，影响了生产的组织及产量的提高。同时，液位波动过大，无法实现结晶器内保护渣的正常理化指标，保护渣熔化不好，结晶器壁周围渣条增多，容易发生卷渣，在热轧板上出现线性夹杂缺陷，严重时会直接导致结晶器内漏钢。

因此，针对SPA-H钢波动的众多不利影响，故对其生产的17个浇次过程数据进行分析研究，查找原因，并通过进一步改进生产工艺，最终减少了SPA-H钢液位波动的发生几率。

2 工艺现状及缺陷分析

2.1 工艺路径

铁水预处理→转炉→LF→铸机→轧制成卷

2.2成份控制

SPA-H 钢成份见表1。

表1 SPA-H成分表

2.3 连铸机简介

本钢炼钢厂现有2台奥钢联设计年产量175万吨连续弯曲、连续矫直的小辊径密排辊型连铸机，共有一个弯曲段(0段)和13个扇形段，扇形段分为弧形段(1～6段)、矫直段(7、8段)、水平段(9～13段)。其主要工艺设备参数见表2。

表2 主要工艺设备参数

2.4 轧卷上缺陷形态

SPA-H钢通过热轧工序后，轧制成6.0mm以下卷板，部分轧卷上出现长度5～20mm，宽约1～2mm的线性夹杂缺陷见图1。

图1 线性夹杂缺陷

3 波动位置计算

为了研究波动的产生位置，把波动过程分为波动前期、波动中期、波动高峰期、波动消失中期、波动消失后期五个阶段进行分析，对五个时期的波动曲线和波动周期进行研究。

在对波动的曲线进行跟踪发现，波动过程中的波形形式存在规律性，目前存在两种形式，分为单波形见图2和多波形见图3。

图2 单波形

图3 多波形

虽然发生波动时出现两种不同的波形，但都具有一定的共性，小的波形波动周期在4.7～5.4S，大的波形波动周期在15.3～17.4S，且每次出现波动时产生的波形和波动周期在整个波动的五个阶段都是固定不变的。现场统计的17个浇次不同拉速下出现的波动周期情况见表3。

表3 不同拉速下的波动周期和铸坯行程

在拉速1.0m/min和1.1m/min时，一个波动周期中铸坯走过的行程见表3，通过对不同波动周期内铸坯行程的计算，对照各段的辊间距见表4，发现在铸坯发生波动时，铸坯行程均小于或近似等于弯曲段(0段)和1段的辊间距。因此，可以确定波动的产生位置在结晶器足辊和0段两个位置。

表4 足辊、弯曲段(0段)、1段辊距情况

4 工艺分析

出结晶器后的铸坯坯壳承受不住钢水静压力时，坯壳将产生鼓肚，鼓肚一旦产生就会增加波动发生的机率。结合上文对波动位置的计算结果不难发现，引起SPA-H钢发生波动的直接原因就是铸坯出结晶器后发生鼓肚引起。鼓肚实际上是钢的高温蠕变行为，钢水成份、设备参数、铸坯断面、钢的材料特性及工艺参数都会影响鼓肚的大小，对于这个复杂的变形过程很难准确定量地计算〔1〕。工艺参数对鼓肚的影响就是最主要的，如拉速提高、过热度过高等就会减少出结晶器的坯壳厚度，从而增加了足辊和零段位置的鼓肚机率。因此，本文主要对鼓肚的工艺原因进行分析，找出影响此钢种鼓肚的显著因素，并确定合理的工艺措施，减少波动的发生几率。

4.1 C含量

钢中C含量对铸坯在结晶器内的传热影响是非常重要的，C含量处于0.08～0.14%的包晶区内时热流值较低，原因是包晶区内温度在1390℃以上时，将发生δ-γ的相转变，在相变时伴随较大的体积收缩，坯壳与铜板间的传热由传导传热转变为辐射传热，热流值降低，热流值降低后，结晶器内相应的坯壳厚度也将减薄25%左右，铸坯出结晶器后易产生鼓肚，从而导致鼓肚的形成。随着地区和设备的不同，处于最低热流值的C含量值也不同。

17浇次的19次共同波动中，C：0.08%的发生5次，C：0.09%的发生10次，C：0.1%的发生4次，仅从此数据得不出具体的规律。考虑到波动的过程涵盖整浇次或几炉，因此，不对17浇次的152炉所有成份进行分析，而对两流同时诱发波动前的炉次(包括波动炉次)及未发生波动的80炉次进行分析，C含量影响见表5。从数据可以看出，C在0.07～0.10%范围内随C含量增加波动机率增大。

因此，生产SPA-H钢种时，转炉终点C按钢包下线控制，精炼对C进行微调至内控下线，减少波动的发生。

表5 C含量对波动的影响(%)

4.2 过热度

关于钢水浇铸温度，即钢水过热度的影响，有实验表明，过热度对结晶器内钢水平均传热量的影响不大，过热度每增加10℃，出结晶器后的坯壳厚度约减去3%〔2〕〗，直接导致坯壳无法承受钢水静压力而导致鼓肚，甚至漏钢。

采集两流同时诱发波动(包括波动前炉次)及未发生波动80炉次的过热度数据进行分析发现，过热度在21～25℃范围发生波动的炉数为0，其余过热度内均有波动发生。

为了准确的找出过热度对波动的影响大小，将过程80炉的240枪检测出的过热度与波动位置一一对应，并进行区间统计分析见图4，经统计，过热度大于35℃的波动发生几率为26.67%，而过热度在21～25℃范围波动发生率为0，随着过热度的提高，诱发波动的几率增增大，同时可以发现，较低的过热度对波动的发生也有部分影响。

因此，合理控制中包过热度，将减少波动的发生几率，精炼中包过热度按21～25℃范围进行控制。

图4 过热度对波动的影响

4.3 保护渣

包晶钢对裂纹敏感性较高，在浇注时需要采用缓冷型高碱度保护渣。理论研究表明，保护渣为碱性时，靠近结晶器壁一侧的保护渣渣膜在凝固时析出晶体，可以控制坯壳向结晶器传热〔3〕，所以结晶器保护渣采用高碱度、黏度和结晶温度时，结晶器铜板与初生坯壳间的渣膜结晶相增加，玻璃相减少，可减缓坯壳与结晶器之间的传热，坯壳凝固更均匀，能够降低铸坯出结晶器产生鼓肚的几率。

为了更好的证明高碱度保护渣能够缓解波动发生的理论依据，故在17个浇次SPA-H中，现场实际分别采用了不同碱度的1#、2#、3#三种不同的保护渣型见表6，同时也在铸机的两流对三种保护渣做过对比试验，从波动情况来看，即使采用碱度为1.46的3#保护渣，仍然出现波动，且在三种渣型对比试验过程中也都同时出现波动。

因此，三种保护渣都不能很好的控制波动的发生，对于保护渣的影响需做进一步的分析和改善。

表6 各渣型保护渣的粘度和一元碱度

4.4 二冷水

由于SPA-H钢C含量处于包晶区，从而导致其凝固收缩的特殊性，结晶器内坯壳生长不均匀容易导致铸坯表面裂纹，因此一般均采用二次冷却弱冷的形式，避免裂纹的扩大化，但弱冷又加剧了铸坯的鼓肚倾向。

本钢1600mm铸机 SPA-H钢正常浇钢时采用二级机合金低碳包晶动态配水，为查明二冷水对波动的影响，改二级配水为一级配水，并加大了冷却强度，1.0m/min拉速下，在未发生波动前和发生波动后将二冷水的前3区增加10%和20%水量进行试验见表7，对于波动的改善效果均不明显。因此，二冷配水大小也需做进一步研究。

表7 更改前后的二冷水流量大小

5 结论

(1) 转炉终点C按钢包下线控制，精炼对C进行微调至内控下线0.07～0.08%，能够降低波动发生几率。

(2)过高和过低的过热度都会诱发波动的发生，高过热度将增大波动的发生几率，精炼控制中包过热度在21～25℃比较合理。

(3)铸机设备状态会直接影响铸坯鼓肚的形成，控制结晶器和弯曲段(0段)过钢量也是重中之重。结晶器过钢量控制在15万吨，弯曲段(0段)20万吨须开箱重新接弧，保证结晶器冷却的均匀性和0段接弧的精度。

(4)结晶器保护渣和二冷水对波动的具体影响需要做进一步跟踪和研究。

〔1〕李殿明，绍明天，等. 连铸结晶器保护渣应用技术(第一版)〔M〕.北京冶金工业出版社，2008.

〔2〕冶金报社.连续铸钢500问〔M〕.北京：冶金工业出版社，1994.

〔3〕张其龙.保护渣在连铸生产中的作用与实践〔J〕，莱钢科技,2004(5):46-47.

Analysis of Casting Level Fluctuation for SPA-H Weathering Steel

GAO Yuan1; ZHANG Feng-lin2.

(1.ShenyangBlowerWorkGroupCo.Ltd.Yingkou,Liaoning, 115200; 2.BenxiSteelGroupCo.Ltd.Benxi,Liaoning, 117000,China)

By calculating the level fluctuation period of casting weathering steel SPA-H, the paper gets the occurred position of level fluctuation. By further analyzing the composition, superheat, secondary cooling, mould powder and so on, we find the notable factors for level fluctuation, and formulate the reasonable measures.Key words:Level fluctuation; Wave; Superheat.

2017-02-10

高源(1985-)，男，辽宁本溪人，沈阳鼓风机厂营口分厂工程师。

1008-3723(2017)02-001-04

10.3969/j.issn.1008-3723.2017.02.001

TG335

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