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1、,钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心首钢京唐联合有限责任公司2012年9月8日,大板坯连铸结晶器温度可视化及漏钢 预报技术开发应用与实践,个人简介,席常锁，高级工程师（教授级） 工作单位：钢铁研究总院连铸中心连铸技术国家工程研究中心 1962年7月生人，1984年7月，东北工学院冶金物理化学专业毕业。 毕业后至今一直在钢铁研究总院从事钢铁冶金及相关技术的科研开发工作，特别是在连铸及相关领域，包括板坯连铸漏钢预报系统开发，铸坯质量、结晶器保护渣，连铸过程关键工艺参数的检测技术及分析等领域。,目 录,1、结晶器可视化及漏钢预报技术发展现状 2、板坯连铸粘结机理 3、曹妃甸板坯连铸机漏钢预报技术开
2、发情况 4、提高漏钢预报系统准确性的关键技术措施 5、结晶器可视化漏钢预报系统的其它应用 6、结语,1、结晶器可视化及漏钢预报技术发展现状,1.1、国内外漏钢预报技术发展状况 （1） 据文献报道和相关资料调研显示，国外早在20世纪80年代就针对连铸过程粘结漏钢预报模型开始了实质性研究，并实现了工业化应用。目前国外应用比较典型漏钢预报技术包括有：美国Inspat Inland公司的Pilot结晶器在线监控系统、日本Kawasaki（川崎）钢铁公司的单排热电偶监测系统、美国LTV钢铁公司的MTM双排热电偶监测系统、法国Sallac Fos公司的Sallac Fos三排热电偶监测系统以及蒂森克虏伯公
3、司的BASYS监测系统、意大利达涅利公司的结晶器可视化的漏钢预报系统等，这些系统实际生产中都取得了一定的效果，使得漏钢事故率得到大幅度的降低。,1.1、国内外漏钢预报技术发展状况 （2）,而与此同时，国内漏钢预报技术的发展并不是很顺利。前些年国内漏钢预报系统的发展主要依靠整套引进国外先进大板坯连铸机时所配套带来的系统，这些国外的先进大板坯连铸机多是采用意大利达涅利公司、德国德马克西马克公司、奥地利的奥钢联公司、日本新日铁等的工程技术。近年来引进日本的铸机大幅减少，引进的铸机主要还是以达涅利、西马克、奥钢联的技术为主。在引进技术方面，尽管引进了结晶器漏钢预报设备系统，但由于技术保密等原因，国内在
4、生产使用中由于无法改动漏钢预报的设计参数的黑箱，在改变生产条件的情况下引进的漏钢预报系统经常出现误报和漏报，严重影响连铸生产的顺利进行，加上一些企业本身设备维护跟不上的原因等，导致国内许多冶金企业对该项引进技术弃之不用，或被做为离线的参考，失去了在线控制的功能。,1.1、国内外漏钢预报技术发展状况 （3）,针对引进国外漏钢预报技术在国内实际应用中所表现出的不尽如人意的现状，如误报率高、漏保率高，更换浸入式水口时不能参与控制等缺陷，国内一些冶金企业和科研院校开始进行自主研发和推广结晶器漏钢预报技术的工作。这其中宝钢宝信软件股份有限公司开发了一套新的漏钢预报系统BBPS(Baosteel Brea
5、kout Prediction System，简称BBPS)，并应用于宝钢的2号板坯连铸机，取代早期原来引进日本的漏钢预报系统。武钢也自主开发了新的大板坯连铸漏钢预报系统，并应用于武钢三炼钢大板坯连铸生产。除宝钢、武钢等企业外，国内许多从事钢铁行业板坯连铸机成套工程技术推广的设计单位如：中冶京城工程技术有限公司、西安重型机械研究所、中冶赛迪公司、冶金自动化研究院等，也研究开发了自己的板坯漏钢预报系统，并且正在工程中推广使用。国内自主研发技术在钢铁企业的推广，才真正推动了该项技术在国内企业的广泛应用。,1.2、漏钢预报系统的技术指标,漏钢预报的技术指标主要包括三个：准确率、误报率、漏保率。误报率
6、和漏保率是具有相互矛盾性的一对指标，要确保极低的漏保率，经常会导致误报率增加。目前，国内一些企业实际生产中考核的先进指标是：（1）准确率98（2）误报率8（3）漏报率：极低，一般要求一台双流大板坯每年因粘结事故造成的漏钢小于1次。这就是说：对于一个年产260万吨的双流大板坯连铸机，按照每炉200吨钢水计算，漏报率应小于万分之一，即生产1万炉钢以上才能发生1次以下的粘结漏钢。实际生产中，由于漏钢预报的准确率和误报率很难进行考核，比较简易的考核方法是：在确保不发生粘结漏钢事故的条件下，单流大板坯连铸机每月报警6-8次以下，双流大板坯每月报警10-15次以下。,2、板坯连铸粘结机理,2.1、铸坯发生
7、粘结的特征,发生粘结漏钢的铸坯表面外貌特征见左图。在发生粘结的连铸坯表面上可以观察到与正常振痕完全不同的倾斜振痕区域，这些倾斜振痕之间的间距大大小于正常振痕之间的间距。粘结造成的异常区域随着拉坯的进行，逐渐扩大。在正常振痕与异常振痕交界的地方，常常有裂纹出现。 从铸坯的凝壳厚度来看，在正常情况下结晶器内铸坯凝壳从弯月面向下，厚度逐渐增加。而当由于粘结发生时，在粘结区域的铸坯凝壳厚度却是从弯月面向下逐渐变薄。这个特点可以从发生粘结漏钢时结晶器内的残存坯壳看出。,2.2、粘结现象的形成机理,在随后而来的下一个结晶器振动周期中，由于拉坯和粘结的存在，热点处的凝壳又会发生拉断，并在原来热点的下方形成新
8、的热点。并且由于热点周围的凝壳温度较高、强度较低，拉裂处很容易向两侧扩展，造成越来越大。 在原来的热点处，由于凝壳的增长使得此处坯壳的温度降低、强度增加，铸坯的粘结程度也会加强，因此不会再次被拉断。,铸坯在结晶器内发生粘结，在粘结点之下铸坯表面产生横裂纹。粘结撕裂的裂纹上下受力示意图见左图。 最初的坯壳粘结发生于接近钢水弯月面处。由于种种原因，在弯月面附近的铸坯凝壳由于粘结被拉断形成裂纹，随即钢水进入裂纹处填充，形成新的初生凝壳。这个新的初生凝壳将先前被拉断的坯壳连接起来，由于此处初生凝壳的厚度比其上、下的凝壳都薄，因此温度也较高。为了与弯月面处的初生凝壳相区别，将拉断后新形成的初生凝壳称为“
9、热点”。在铸坯表面上，“热点”组成一条薄弱凝壳带。,粘结撕裂的横裂纹受力示意图,2.2、粘结现象的形成机理,上述过程随着拉坯反复进行，结晶器内热点也就不断下移，在连铸坯表面也就形成了粘结引起的特殊异常区域。而在最初的粘结处，由于此处凝壳不断增长，结晶器内壁的温度会逐渐下降，并且粘结的区域不断扩大。 异常区与正常区域的交界处，则是最后拉裂的位置，形成一条薄弱凝壳带。由于此处凝壳较薄，即使粘结消除，铸坯出结晶器后也容易在这里形成表面裂纹。如果粘结始终存在，当断裂带最下点出结晶器后，发生漏钢事故。,2.3、描述铸坯粘结发生的数学模型,其中： L-距钢水液面的距离；K-凝固系数 V-拉坯速度； Vs-
10、结晶器振动最大速度； -液态保护渣的粘度； -液态保护渣渣层厚度。 _钢的高温强度；,正常拉坯的必要条件,2.3、描述铸坯粘结发生的数学模型,此不等式的右边数值越小，或者不等式左边的数值越大，则凝壳越不容易被撕裂。由此式可以推断各种因素对粘结的影响。 由上式可知，振动频率f与振幅h的乘积越大，则上式右边数值越大。通常连铸机生产过程中，固定振幅而调整振动频率。因此，在通常情况下，f越大，则上式右边数值越大。这表明结晶器振动频率较高时，结晶器内凝壳容易撕裂。 K越小，则上式左边数值越小。这表明凝固系数较小时，凝壳撕裂的敏感性增加。 V越大，则上式右边数值越大。这表明拉坯速度高时，凝壳撕裂的敏感性增
11、加。 越大，则上式右边数值越大。这表明保护渣粘度高时，凝壳撕裂的敏感性增加。 值反映的是钢种性能的影响。上式表明，高温强度低的钢种凝壳撕裂的敏感性较大。,对上页公式的说明,2.3、描述铸坯粘结发生的数学模型,根据铸坯粘结形成机理，可以推断影响粘结的基本因素。这些基本因素简述如下： A. 铸坯凝壳的强度，铸坯凝壳的强度受以下因素的影响： 钢种； 凝壳温度； 钢水纯净度，主要是有害杂质、气体和夹杂物的含量； B. 铸坯凝壳的厚度，铸坯凝壳的厚度受以下因素的影响： 拉速； 结晶器振动制度（特别是对初生凝壳影响）； 钢种的导热性； 浇铸温度； 浸入式水口对铸坯凝壳的冲刷情况； 钢水弯月面的波动情况；
12、C. 钢水液面附近铸坯表面与结晶器之间的摩擦力，钢水液面附近铸坯表面与结晶器之间的摩擦力受以下因素的影响： 结晶器保护渣的性能以及钢水中上浮非金属夹杂物对保护渣性能的影响； 铸坯与结晶器之间的相对运动速度，特别是结晶器运动与拉坯方向相反时的相对运动速度；,连铸工艺条件影响粘结的基本因素,2.4、影响板坯连铸机粘结的因素分析,根据资料调研和对现场生产数据的研究，发现影响板坯连铸机粘结漏钢的主要因素有以下几个方面，按照影响程度依次为： 1）保护渣性能。其影响主要来自三个方面，一是润滑行为，二是吸收夹杂物能力，三是成份波动条件下保护渣性能的稳定性。 2）钢水质量。主要是指钢中夹杂物含量或全氧含量。
13、3）液面波动。液面波动容易造成渣条增多，甚至严重影响保护渣在坯壳与结晶器壁之间的流入，破坏了保护渣的润滑性质。 4）钢水成份。这里包括两个方面，一是包晶、亚包晶钢体积收缩大造成的传热不稳定和坯壳厚度不均匀所引起的粘结；二是钢中铝、稀土元素、铌微合金化元素含量较高，它们直接与保护渣中氧化硅、氧化锰、氧化铁等反应，所造成的保护渣性质变差，由此引起粘结增多。 5）结晶器振动偏摆。结晶器振动偏摆大，主要影响的是液面波动，或是液面局部区域的不稳定。 6）其它相关因素，包括：振动参数、连铸工艺、结晶器冷却与弯月面侵蚀情况等等，也在不同程度上影响粘结事故的发生。,2.5、粘结发生后铜板的温度特征 典型的坯壳
14、断裂时铜板热电偶温度的变化,右上图是正常浇铸情况下某列热电偶温度变化曲线。此情况下热电偶温度上下波动范围较小。 右下图为发生粘结漏钢时一列热电偶温度变化曲线。同一列热电偶中R1、R2、R3、R4、R5、R6依次先后经历了先升温后降温的过程，都形成了完整的温度变化峰。温度峰值间隔710 s，温度峰值增加幅度1950。温度峰值的移动速度是拉速（1.3 m/min）的64%。热相图上出现明显的热点下移现象，而热点正是坯壳出现拉断裂口、并且裂口处有钢水流出的表现。这种现象表明，坯壳粘结最先发生在结晶器的上部弯月面区域。所有各行温度都经历了温度峰值变化，表明坯壳断裂点纵向位置就在本列附近。,非典型粘结发
15、生过程中的各列热电偶温度变化,可以看出：热电偶的温升非常小，一般小于10。只有1列出现明显的温度下降。温度下降的速率也很小。,2.5、粘结发生后铜板的温度特征,非典型漏钢云图变化过程,2.5、粘结发生后铜板的温度特征,2.5、非典型粘结漏钢发生前的征兆,下图所示发生非典型粘结漏钢的坯壳形貌。可以看到在粘结漏钢发生前很长的一段时间内坯壳表面的振痕已经发生了异常的变化。也就是这种异常的变化为我们寻找粘结的导致发生原因提供了线索。,2.6、一次粘结误报所产生的后果是什么？,产生一次粘结误报所产生的后果有以下四个方面：1）减少了炉机匹配的生产节奏时间12分钟。这在较低的作业率条件下，生产节奏的损失还可
16、以忍受，随着产能的提高、生产节奏的加快，这种节奏的损失就不能忍受。尤其是当一个浇次或一炉钢内多次出现粘结误报，整个钢厂的生产节奏就会被打乱。2）减少了3.5分钟的恒拉速产量，约4.174米铸坯。3）损失一块高质量的铸坯，并且必须进行冷态清理。4）有时会因快速降速造成滞坯，使得连铸过程中断。,铸机粘结过程处理的速度变化图。,2.7、漏钢事故的后果,如前所述，一次粘结误报造成的损失仅仅表现为：12分钟炉机匹配的生产节奏时间、4米多的产量损失和一块连铸坯下线进行清理，多一点误报似乎还可以忍受，但是，一次粘结漏报造成的损失就是灾难性的。通常一次漏钢事故造成的损失约为20200万元，大的漏钢损失会上千万
17、。一次漏钢事故造成的直接损失包括：大包钢水损失、中间包钢水损失、中包耐材及浸入式水口损失、铸机设备损失以及人工清理费用。如果漏钢造成滞坯事故，还需要8小时以上的清理时间，这对转炉炼钢和高炉炼铁生产都是巨大的打击，损失也巨大。,3、曹妃甸板坯连铸机漏钢预报 及可视化技术开发情况,3.1、曹妃甸板坯连铸机早期粘结漏报与误报情况分析曹妃甸首钢京唐钢铁公司炼钢部连铸系统为全套引进意大利达涅利公司的三台大板坯连铸机，其中 2180mm双流板坯连铸机2台，生产铸坯断面为厚230mm、250mm，宽11002180mm，双流1700mm板坯连铸机1台（预留1台），生产铸坯断面为厚210mm、230mm，宽9001700mm，三台连铸机年产连铸坯970万吨。曹妃甸第一期工程建设了1和22台2180mm双流板坯连铸机，于2009年5月投产。二期工程于2010年1月投产，同时由首钢自主设计的41700mm板坯连铸机也在2010年6月投产。,
