专利名称：一种防止连铸包晶钢结晶器液面波动的方法
技术领域：
本发明涉及一种防止连铸结晶器液面波动的方法，具体地说涉及直弧型连铸机在浇铸包晶钢时防止结晶器出现液面波动的方法，属于连铸技术领域。
背景技术：
直弧形铸机在浇铸[C]在0.12％左右的包晶钢系列时结晶器液面波动情况时有发生，波动幅达±30mm以上，经常导致铸机大幅降速浇铸，给生产安全、铸机产能及生产组织带来很大影响，且铸坯表面质量非常差，需要后期人工火炎清理，严重时直接判废。通过统计发现，包晶钢液面波动体现出如下特点偶发性，不是每浇次产生，有时一段时间无，有时又接连发生，一般第二炉后开始发生；液面波动后驱动辊电流亦产生明显波动，拉速亦有一定的波动但不明显；采取降速浇铸并加大冷却水量的方式，可缓解，但不能完全根治；浇铸其他钢种液面正常，设备检查无明显缺陷；
波动后铸坯表面有周期性的横向凹陷，类似振痕，但间隔100mm左右。
图1是包晶反应点的Fe-C相图。从Fe-C相图知道，[C]在0.09％～0.17％的钢液在凝固过程中会发生包晶转变L+δ→γ，发生约0.38％的体积收缩，在浇铸过程中，由于结晶器冷却速度大，一般[C]在0.12％左右的钢种凝固收缩最大。另一方面，由于钢中其它元素对包晶成分点会有影响(表1)，不同钢种发生包晶反应的实际[C]含量也不完全相同。
表1合金元素引起包晶区变化的系数％
在结晶器中，坯壳会因收缩过大而与结晶器壁铜板脱离形成气隙，影响坯壳的传热，从而坯壳的凝固生长变慢，坯壳变薄；而随着坯壳的下移，由于钢水静压力的作用，坯壳重新贴上结晶器壁，坯壳生长速度得到恢复，参见图2、图3，这也是包晶钢凝固坯壳不均匀的根本原因。
而包晶钢结晶器坯壳生长不均匀极易造成铸坯表面裂纹，因而传统上是在二次冷却时采用弱冷制度避免裂纹的扩大化，但这会造成二冷区铸坯坯壳生长减慢及坯壳表面温度相对较高，而这两点又是加剧铸坯鼓肚倾向的因素。因此，一般情况下，发生液面波动时均会采取降低拉速、增大二冷水量来增加坯壳厚度、降低铸坯表面温度的办法来缓解。但铸坯温度过低必然导致低温矫直从而引起铸坯表面的矫直横裂纹，对含[Nb]、[V]等合金元素的钢种尤其如此，当生产中厚板钢时就会因压缩比不够裂纹不能愈合而造成成品的大宗裂纹废品。
理论上，铸机二冷段中的坯壳由于钢水静压力的作用会在两对辊之间产生鼓肚，其鼓肚量可由公式(1)求出，鼓肚量与坯壳厚度的三次方成反比。
δ=C1pL4ED3(BWVc)a---(1)]]>正常均匀生长的坯壳其厚度足以保证鼓肚量在许用范围内，不会造成坯壳内腔容积的较大变化；而包晶钢不均匀生长的坯壳中薄弱的部分在扇形段两对辊之间的鼓肚变形要远大于坯壳正常的部分，从而引起液面的明显下跌，而坯壳经过下一辊时又存在一个再压回的过程，此时液面就会上涌，至此，液面波动已完全形成。铸坯的鼓肚会造成铸坯的阻力增加，这也是液面波动时拉矫机电流波动增大的原因。
其中，δ铸坯在两辊间长度方向鼓肚量；C1材料系数；P钢水静压力；L辊间距；E钢的高温弹性模数；D凝固坯壳厚度；Bw铸坯行程；Vc拉速；α温度及材料系数。
由于液面的每一次波动会在弯月面处形成新的薄弱环节，而这又是新一轮波动的起源，因此一旦产生液面波动，很难进行抑制(即使大幅降速甚至短时停机都如此)。薄弱坯壳每经过一对扇形段夹棍均会有一个鼓肚和再压回的过程，因而引起液面的周期性波动。因铸机从上到下辊间距的不一致性，故波动的周期并不等同于经过某两对辊之间的时间，而是一个前后多个薄弱点处鼓肚、压回体积变化综合累加后形成的周期。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种改进了的连铸生产包晶钢时防止结晶器液面波动的方法。利用本方法可显著地提高铸坯表面质量。
本发明通过下述技术方案予以实现一种防止连铸包晶钢结晶器液面波动的方法将铸机浇铸包晶钢时的结晶器冷却水量控制为水流流速4.8～5.5m/s，水流密度1500～1800l/m2/min；同时，控制矫直段的最后一段驱动辊压力为冷坯压力；以及，同时采用下述成分及重量百分比的包晶钢保护渣SiO225～35，Fe2O30.75～1.10，CaO35～39，Al2O31.78～2.20，MgO3.20～3.50，C2.80～3.20，H2O0.1～0.5，K2O0.20～0.60，Na2O8.80～9.25，F6.50～7.00，R1.00～1.50，其余为杂质。
采用本发明所述的技术方案，消除了包晶钢的液面波动现象，原来生产某包晶钢，基本上从第一炉浇铸开始，液面波动很严重，往往浇铸3炉钢就被迫计划中断，采取本发明措施后，彻底消除液面波动现象，浇铸计划不受钢种限制，铸坯质量缺陷大幅度下降。包晶钢的铸坯裂纹发生率由原来的30％降低至10％以下，因此利于推广应用。
图1是包晶反应点的Fe-C相图；
图2是低、高碳钢凝固坯壳沿浇铸方向生长示意图；图3是包晶钢凝固坯壳沿浇铸方向生长示意图；图4是铸坯鼓肚示意图；图5是包晶钢新旧振动参数对照示意图，其中，1为原参数，2为改进后参数。
具体实施例方式
实施例1结晶器中初生坯壳的不均匀性是造成包晶钢液面波动的根本原因，因此，保证结晶器初生坯壳的均匀稳定是解决问题的关键所在。理论和实践均证明，结晶器弱冷、缓冷可以有效控制坯壳的不均匀生长。
直弧型铸机设计为900mm长直板结晶器，宽边水流量为3600l/min，进出水温差约5℃，铸坯在结晶器内的冷却强度明显高于原全弧形铸机，这也是原全弧形铸机包晶钢液面极少波动情况的原因之一。因此，通过计算并参考900长全弧形铸机结晶器水量，本实施方式提供一种防止连铸包晶钢结晶器液面波动的方法，具体措施之一就是降低了铸机浇铸包晶钢时的结晶器冷却水量，即将水流流速由设计时的7.02m/s降到4.8～5.5m/s的范围，将水流密度由设计时的2105l/m2/min降到1500～1800l/m2/min，以利于抑制初生坯壳的不均性。
直弧型新铸机由于采用动态轻压下技术，扇形段均为SMART扇形段，通过位置传感器控制液压缸行程来控制非传动辊的辊缝，取消了定距块，驱动辊则通过热坯压力(钢水最大静压力的80％，17～38bar)直接作用于铸坯上，新铸机3～10段各有一对驱动辊。在液面波动时，由于拉坯阻力的增加，驱动辊电流波动很大，拉坯力相应产生较大波动，拉坯速度亦产生波动，不利于液面的控制。考虑到矫直段的最后一段(10#段)驱动辊处铸坯已完全凝固，将铸中10#段驱动辊压力改为冷坯压力范围，提高了拉坯力，保证拉坯速度的稳定，也有利于液面的稳定。
在本发明所述技术没有试验之前，连铸包晶钢时所用保护渣为中碳钢用渣，适用范围为[C]＝0.08～0.20％的钢种，其设计上未充份考虑包晶钢的特殊性。理论研究表明，结晶器保护渣采用较高的碱度、黏度和熔点时，结晶器铜板与初生坯壳间的渣膜中结晶相增加，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。为此，本实施方式提供一种包晶钢专用保护渣，使用后控制液面波动效果非常明显，基本上消除了液面波动现象。
所述包晶钢专用保护渣的成分及重量百分比分别为SiO225～35，Fe2O30.75～1.10，CaO35～39，Al2O31.78～2.20，MgO3.20～3.50，C2.80～3.20，H2O0.1～0.5，K2O0.20～0.60，Na2O8.80～9.25，F6.50～7.00，R1.00～1.50，其余为杂质。
经测试，此种成分的保护渣的熔点为1130～1160℃，黏度(Pa.s)是0.140～0.170，碱度1.40-1.60。
通过采用以上措施，基本上消除了液面波动的情况，为提高铸机产能、提高铸坯质量和增加经济效益发挥了巨大的作用。
原来某包晶钢(WL440)基本上每次生产都发生液面波动，铸坯裂纹发生率达到全部产品的30％，使用本实施方式所述专用渣后，消除了液面波动现象，铸坯质量得到了大幅提高，铸坯裂纹发生率在原来基础上降低了50％以上。
实施例2本实施例与实施例1的区别仅在于，所述包晶钢保护渣的具体成分为(wt％)SiO225.25，Fe2O31.07，CaO35.06，Al2O32.18，MgO3.23，C3.18，H2O0.15，K2O0.55，Na2O8.82，F6.92，R1.17，其余为杂质。经测试，此种成分的保护渣的熔点为1145℃，黏度(Pa.s)是0.158。
大量实验证明，本实施方式所述比例的保护渣可以达到完全消除包晶钢浇铸时的液面波动现象。
实施例3本实施例与实施例1的区别仅在于，所述包晶钢保护渣的具体成分为(wt％)SiO233.49，Fe2O30.85，CaO38.5，Al2O31.82，MgO3.48，C2.83，H2O0.42，K2O0.26，Na2O9.24，F6.53，R1.42，其余为杂质。经测试，此种成分的保护渣的熔点为1132℃，黏度(Pa.s)是0.168。
大量实验证明，所述比例的保护渣可以达到完全消除包晶钢浇铸时的液面波动现象。
实施例4本实施例与实施例1的区别仅在于，所述包晶钢保护渣的具体成分为(wt％)SiO229.25，Fe2O30.95，CaO37.81，Al2O31.98，MgO3.31，C3.09，H2O0.3，K2O0.48，Na2O9.01，F6.99，R1.29，其余为杂质。经测试，此种成分的保护渣的熔点为1154℃，黏度(Pa.s)是0.143。
大量实验证明，所述比例的保护渣可以达到完全消除包晶钢浇铸时的液面波动现象。
实施例5包晶钢专用渣由于渣膜中结晶相增加，玻璃相减少，可能会导致润滑效果下降，坯壳粘结倾向增加，因此，本实施例在实施例1的基础上，适当调整包晶钢的振动参数，控制负滑脱时间由原来的0.11～0.15s增加到0.17～0.25s，同时采用非正弦振动方式，从设备参数上提高浇铸的安全性，从而保证了生产的顺利进行。
直弧型铸机采用的液压非正弦振动系统具有振频(f)、振幅(s)及非正弦系数(τ)等参数铸中动态可调的特点，工艺参数设计上应用反相振动方式——振幅随拉速上升而递增，振频随拉速上升递减，以确保不同拉速条件下负滑脱时间(tn)基本恒定。图5是包晶钢新旧振动参数对照示意图，其中，1为原参数，2为改进后参数，Vc是铸机拉速。
实施例6本实施例提供一种要求浇铸厚度为210mm的铸坯时防止钢水液面波动而采用的技术方案采用结晶器的宽面水流量为3300L/Min，窄面水流量为442L/Min；将铸机浇铸包晶钢时的结晶器冷却水量控制为水流流速5.0m/s，水流密度1650l/m2/min；采用包晶钢保护渣的具体成分为(wt％)SiO227.39，Fe2O30.83，CaO36.28，Al2O31.82，MgO3.39，C3.20，H2O0.1，K2O0.21，Na2O9.25，F6.50，R1.50，其余为杂质；控制矫直段的最后一段驱动辊压力为180～220bar；同时，控制负滑脱(结晶器振动参数)时间为0.20～0.22s；实验证明，本实施例所述方法可以达到完全消除包晶钢浇铸时的液面波动现象，同时包晶钢的铸坯裂纹发生率降低至4.6％。
实施例7本实施例提供一种要求加工厚度为230mm的铸坯时，采用结晶器宽面水流量为3600L/Min，窄面水流量为500L/Min；将铸机浇铸包晶钢时的结晶器冷却水量控制为水流流速5.3m/s，水流密度1700l/m2/min；同时，控制矫直段的最后一段驱动辊压力为195bar；以及，采用包晶钢保护渣的具体成分为(wt％)SiO235，Fe2O30.75，CaO35.28，Al2O32.20，MgO3.50，C2.80，H2O0.5，K2O0.20，Na2O8.80，F7.00，R1.00，其余为杂质；同时，控制负滑脱时间为0.23～0.24s；实验证明，本实施例所述方法可以达到完全消除包晶钢浇铸时的液面波动现象，同时包晶钢的铸坯裂纹发生率降低至3.2％。
实施例8本实施例提供一种要求加工厚度为250mm的铸坯时，采用结晶器宽面水流量为3600L/Min，窄面水流量为563L/Min。
将铸机浇铸包晶钢时的结晶器冷却水量控制为水流流速4.9m/s，水流密度1500l/m2/min；同时，控制矫直段的最后一段驱动辊压力为215bar；以及，采用包晶钢保护渣的具体成分为(wt％)SiO232.59，Fe2O30.90，CaO37.36，Al2O32.00，MgO3.40，C2.56，H2O0.35，K2O0.51，Na2O9.03，F6.75，R1.33，其余为杂质；同时，控制负滑脱时间为0.18～0.19s；实验证明，本实施例所述方法可以达到完全消除包晶钢浇铸时的液面波动现象，同时包晶钢的铸坯裂纹发生率降低至4.1％。
权利要求
1.一种防止连铸包晶钢结晶器液面波动的方法，其特征在于将铸机浇铸包晶钢时的结晶器冷却水量控制为水流流速4.8～5.5m/s，水流密度1500～1800l/m2/min；同时，控制矫直段的最后一段驱动辊压力为冷坯压力；以及，同时采用下述成分及重量百分比的包晶钢保护渣SiO225～35，Fe2O30.75～1.10，CaO35～39，Al2O31.78～2.20，MgO3.20～3.50，C2.80～3.20，H2O0.1～0.5，K2O0.20～0.60，Na2O8.80～9.25，F6.50～7.00，R1.00～1.50，其余为杂质。
2.根据权利要求1所述的一种防止连铸包晶钢结晶器液面波动的方法，其特征在于所述包晶钢保护渣的具体成分为(wt％)SiO225.25，Fe2O31.07，CaO35.06，Al2O32.18，MgO3.23，C3.18，H2O0.15，K2O0.55，Na2O8.82，F6.92，R1.17，其余为杂质。
3.根据权利要求1所述的一种防止连铸包晶钢结晶器液面波动的方法，其特征在于所述包晶钢保护渣的具体成分为(wt％)SiO233.49，Fe2O30.85，CaO38.5，Al2O31.82，MgO3.48，C2.83，H2O0.42，K2O0.26，Na2O9.24，F6.53，R1.42，其余为杂质。
4.根据权利要求1所述的一种防止连铸包晶钢结晶器液面波动的方法，其特征在于所述包晶钢保护渣的具体成分为(wt％)SiO229.25，Fe2O30.95，CaO37.81，Al2O31.98，MgO3.31，C3.09，H2O0.3，K2O0.48，Na2O9.01，F6.99，R1.29，其余为杂质。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种防止连铸包晶钢结晶器液面波动的方法，其特征在于控制负滑脱时间为0.17～0.25s。
6.根据权利要求5所述的一种防止连铸包晶钢结晶器液面波动的方法，其特征在于控制负滑脱时间为0.20～0.22s；控制矫直段的最后一段驱动辊压力为180～220bar。
7.根据权利要求1、2、3或4所述的一种防止连铸包晶钢结晶器液面波动的方法，其特征在于将铸机浇铸包晶钢时的结晶器冷却水量控制为水流流速5.3m/s，水流密度1700l/m2/min。
8.根据权利要求1、2、3或4所述的一种防止连铸包晶钢结晶器液面波动的方法，其特征在于加工厚度为210mm的铸坯时，采用结晶器的宽面水流量为3300L/Min，窄面水流量为442L/Min。
9.根据权利要求1、2、3或4所述的一种防止连铸包晶钢结晶器液面波动的方法，其特征在于加工厚度为230mm的铸坯时，采用结晶器宽面水流量为3600L/Min，窄面水流量为500L/Min。
10.根据权利要求1、2、3或4所述的一种防止连铸包晶钢结晶器液面波动的方法，其特征在于加工厚度为250mm的铸坯时，采用结晶器宽面水流量为3600L/Min，窄面水流量为563L/Min。
全文摘要
一种防止连铸包晶钢结晶器液面波动的方法，属于连铸技术领域。直弧形铸机在浇铸[C]在0.12％左右的包晶钢系列时结晶器液面波动情况时有发生，包晶钢凝固坯壳不均匀，从而造成成品的大宗裂纹废品。本发明提供一种防止连铸包晶钢结晶器液面波动的方法，具体措施为控制结晶器冷却水量，矫直段的最后一段驱动辊的压力及一种新配方的包晶钢保护渣，通过以上方案的改进，消除了包晶钢的液面波动现象，包晶钢的铸坯裂纹发生率由原来的30％降低至10％以下，因此利于推广应用。
文档编号B22D11/11GK101081428SQ20071005217
公开日2007年12月5日 申请日期2007年5月15日 优先权日2007年5月15日
发明者吴强, 宋泽启, 陈清泉, 张友华, 谢旭东 申请人:武汉钢铁(集团)公司