csp薄板坯连铸结晶器锥度优化与应用

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1、冶金之家网站CSP薄板坯连铸结晶器锥度优化与应用董长征(武汉钢铁股份有限公司条材总厂CSP分厂，湖北武汉430083)摘要：为控制武汉钢铁股份有限公司条材总厂CSP分厂纵裂漏钢事故和降低板坯表面纵裂、结疤等缺陷改判率，结合现场生产实践，对CSP漏斗形结晶器锥度进行了优化研究，考虑到结晶器铜板特殊的漏斗形结构和窄面在使用过程中的磨损，将锥度在外方设计的基础上进行优化。优化后的锥度设定量比外方提供的数值增加了15%～25%。应用新锥度设计后降低了纵裂漏钢率，有效控制了板坯表面纵裂、结疤缺陷改判率，改善了钢卷质量。关键词：

2、CSP；薄板坯；结晶器；锥度合理的结晶器锥度有利于传热和铸坯表面质量控制，若锥度过大不仅加剧结晶器铜板窄面磨损，而且在漏斗区易导致粘连漏钢事故；而锥度太小则会造成铜板和坯壳接触不良，增加热阻，使传热不均，同时会使窄面铜板对坯壳的支撑力不足，在钢水静压力、收缩应力等作用下板坯表面中心线处或驻波位置产生纵裂、结疤等缺陷，甚至导致纵裂漏钢。武汉钢铁股份有限公司条材总厂CSP分厂(以下简称武钢CSP厂)连铸机采用特殊的漏斗形结晶器，自2009年投产以来一直使用外方提供的锥度设计，经生产实践表明，其提供的锥度值偏小，是生产过程

3、中纵裂漏钢频发，板坯纵裂、结疤等缺陷难以有效控制的原因之一，严重影响CSP产线生产稳定和钢卷品质。因此，对钢水在结晶器内凝固收缩行为和锥度对板坯尺寸的影响进行了研究，结合现场生产实践，提出了结晶器锥度的优化设计，对降低纵裂漏钢生产事故改善结晶器传热和板卷质量，稳定CSP生产具有重要意义。1漏斗形结晶器使用现状武钢CSP厂结晶器是由2块宽铜板和2块窄铜板组合而成，生产板坯厚度为72和92mm两种规格(不使用液芯压下)，采用漏斗形的结晶器设计。钢水在结晶器内凝固过程中厚度方向的收缩量极小，且比宽度方向的收缩小得多，为便于

4、生产组织，在实际生产中将结晶器宽面铜板平行对中安装(即忽略厚度方向的收缩)。另外，钢水在凝固过程中不同温度下的收缩率不同，为便于加工，将窄面铣磨为平面，因此，选择一个合适的锥度值作为开浇时的设定锥度尤为重要。结晶器漏斗形结构使坯壳下行时受力变形，造成坯壳表面应力分布不均。在漏斗区域，铸坯表面应力最大值出现在结晶器的2个弧线交接处；横向应变在铸坯宽面平直段与弧线段交接区域发生转折，靠近角部为压应变，靠近中心是拉应变[1]，若锥度设定过大或过小会加剧这种应力分布不均，对控制铸坯裂纹极为不利。2009—2010年武钢CSP

5、厂投产后裂纹缺陷高发，平均每月纵裂改判量为1779．8t，最少的月份也有近630t。CSP薄板坯与传统厚板坯连铸相比，具有宽厚比大，拉速快等特点，其工艺参数的异常变动极易导致漏钢等生产事故。2009年7月—2011年6月武钢CSP厂共计漏钢99次，其中纵裂漏钢46次，占46．46%。抛开保护渣、过热度的影响，锥度异常也是造成纵裂漏钢的原因之一。因此，为保持生产稳定必须选择合理的锥度。2漏斗形结晶器锥度优化设计理想的结晶器铜板锥度，应与坯壳收缩相适应，根据钢水凝固时产生的热收缩量选择合适的锥度设计，既能减小气隙实现铜板

6、对坯壳高效冷却，增加坯壳厚度，又能保证铸坯表面质量。2．1锥度的影响因素板坯截面尺寸、钢种、拉速等都对漏斗形结晶器锥度的有一定的影响，其中断面尺寸对锥度的影响最大。同类铸坯类型条件下，铸坯断面尺寸越大，结晶器内钢水体积越大，其在结晶器内的收缩量也越大，对应需要的锥度也越大；钢水在结晶器内的收缩量跟钢种相关，即使在相同的断面下不同钢种的收缩特性也不同，造成锥度设定不同。冶金之家网站根据生产实践经验，当拉速增加时，坯壳从形成到出结晶器下口所耗时间减少，导致坯壳变薄，在铸坯断面尺寸上凝固收缩量减小，故应减小锥度值。为避免浇

7、铸过程中拉速变化时频繁调整锥度，在同一断面尺寸下，漏斗形结晶器锥度设计至少应能满足拉速1．0m／min内波动的需要。另外，漏斗形开口度的大小也是影响锥度的因素，开口度越大，由漏斗形产生的附加宽度越大，增加了结晶器自有锥度，使结晶器总锥度减小。2．2锥度优化计算武钢CSP投产后一直按外方提供的锥度值设定开浇锥度，但事故、批量质量事故频发，生产不稳定。但目前钢水在结晶器内的凝固收缩量还无法用实验仪器进行实时跟踪测量，仅能根据事故发生后进行总结分析其锥度是否合适。根据事故分析和质量缺陷跟踪，发现外方锥度设计偏小，对控制漏钢

8、、改善板坯表面质量不利，且铜板磨损后锥度已经发生变化，需要实时更新锥度设定。结晶器锥度设计基本原则：铸坯在结晶器内凝固过程当中所产生的收缩曲线与结晶器的倒锥度应一致[2]。通常所说的锥度即每铸流宽度对应的结晶器窄面铜板水平位移量[3]，即：R=[(B上－B下)／B上]×100%(1)式中：B上和B下分别为结晶器上口和下口的设定宽度，mm。但薄板