射钉法测量板坯凝固坯壳厚度的实践

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1、射钉法测量板坯凝固坯壳厚度的应用实践张春杰 1 ， 郑伟栋 1， 李玉盘 1， 刘 青 2 （1.河北钢铁集团邯钢公司 邯郸 056015； 2.北京科技大学 北京 100083） 摘 要：介绍了利用射钉法在邯钢板坯连铸机测量铸坯凝固坯壳厚度的情况。利用射钉法测定出坯壳厚度， 根据凝固定律，可计算出连铸机的综合凝固系数和铸坯液相穴深度，为优化二冷配水等提供依据。 关键词：射钉法，坯壳，厚度The application of the nail-shooting technique in measuring thethickness of the solidification shellZHAN

2、G Chun-Jie1，ZHENG Wei-Dong1，LI Yu-Pan1，LIU Qing2（1.Hebei Iron & Steel Group HanGang Company，Handan 056015；2. University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083） Abstract：It introduced the situation of using Nail-shooting technique in the shell thickness measuring of Han Steel continuous sla

3、b caster. According to the solidification law, the thickness of the shell can be measured by the nail-shooting and the synthetic solidification coefficient and the liquid core length of billet can be calculated, which provides the foundation of the optimal secondary cooling.Key words：nail-shooting t

4、echnique， shell， thickness1 前言板坯凝固坯壳厚度的变化规律及铸坯凝固终点的位置是连铸生产中重要的工艺参数之 一。本研究结合邯钢 2#板坯连铸机的实际情况，与北京科技大学合作，采用射钉法测定了 Q420B和Q345B两个钢种在板坯连铸机二冷区内的凝固坯壳厚度，计算了铸机综合凝固系 数，为评价连铸机综合冷却能力，优化二冷配水制度，提高铸坯实物质量，实现高效连铸提 供了重要依据。连铸机技术参数见表1 所示。表1邯钢2#板坯连铸机主要技术参数项冃参数机型直弧型连续弯曲连续矫直流数1机1流垂直区高度（mm）2600铸机主半径（ mm）10000弯曲区长度（mm）1800矫直区

5、长度（mm）4620铸坯厚度（ mm）220铸坯宽度（ mm）1400-1900定尺规格（ mm）1900-3200正常拉速（ m/min）0.8-1.2送引锭速度（ m/min）5机长（ mm）34595（液面至末辊外弧弧线长度）引锭装入方式下装式2 测定铸坯凝固坯壳厚度的方法测定铸坯凝固坯壳厚度和液相穴深度的方法有以下几种：（1）刺穿坯壳法。铸坯出结晶 器后，把凝固壳刺穿使钢水流出来，然后测量凝固坯壳厚度；（2）同位素法。在某一时刻， 随注流加人放射性同位素（如Aul98）到结晶器内，运动的注流将同位素带到液相穴3 一 4m深处。因为含有Au198元素的钢液凝固后具有放射性，而加入Au19

6、8时已凝固的钢没有 放射性，所以在不同位置上切取铸坯试样做自射线照相，就可分辨出凝固层厚度；（3）射钉 法。铸坯出结晶器后，在某一位置射入钢钉，钢钉的液相线温度低于所测钢种的液相线温度， 因而在液相区的钉子完全熔化，两相区的钉子部分熔化，在固相区的钉子未熔化。切取带射 钉的铸坯就可以直接测出凝固坯壳厚度；（4）测定板坯鼓肚以决定液相穴的位置。在接近矫 直前某一位置，把支承辊的开口度适当加大，如铸坯内还有液相，则有鼓肚出现。分析以上方法：方法（1）属于破坏性试验，现场处理难度极大；方法（2）会产生一 定的放射性污染，试验的可操作性差；方法（4）虽然简便但测量的精确度很差；此外，方 法（1）、（2

7、）、（4）均会影响正常生产，人为地产生一些废品。比较而言，射钉法具有不影 响生产、不产生废品、操作简便、测量精度较高等优点。3 射钉试验3.1 射钉原理射钉法是将作为示踪材料的钢钉，通过射钉枪以火药为激发动力击入正在凝固的坯壳 然后在铸坯相应位置取样进行分析。钢钉材质为普通碳素钢，在钉子上加工有两道含有硫化 物的沟槽，在射钉进入铸坯液相穴后，低熔点的硫化物会迅速扩散，根据硫化物的扩散情况， 采用酸侵蚀和硫印的方法，能显示出铸坯的液芯厚度，从而测出连铸坯凝固坯壳的厚度。3.2 射钉装置射钉装置主要包括射钉枪、支座和击发控制器三部分，以火药为击发动力，击发控制 器最多可同时控制六支射钉枪。射钉枪长

8、度为 1.5 m， 顶部有撞针，撞针直接连接到控制器， 由控制器控制撞针的击发。钉子和火药弹装在射钉枪的中部，射钉长度为130m m,当控制 器按下击发命令后，撞针打在火药弹上，火药弹产生强大的动力将钉子射入铸坯。图 1 为试 验用射钉。图 1 试验用射钉3.3 测量位置根据相关资料介绍，多数板坯连铸机铸坯表面1/4位置处温度最高，该处铸坯凝固坯壳 最薄。所以横向将射钉枪布置在铸坯1/4处，纵向则考虑模型计算结果及现场二冷水管的分 布状况，将其安装在适宜的辊缝之间。3.4 试样检验对射钉后含有钢钉的部分铸坯取样，然后进行铣、磨和抛光加工，对加工好的试样分 别采用硫印、冷酸洗和热酸洗分析。可以发

9、现，钢钉在铸坯里形成了三个区域，如图3所示。A区域：射钉保持了其原有的外形，硫化物没有扩散；B区域：射钉周边小部分硫化物熔化 扩散，但内部组织与坯壳组织不同；C区域：射钉完全熔化，硫化物充分扩散，形成与坯壳 相同的组织。射钉试验就是通过分析射钉酸洗和硫印图，划定A、B、C三区，测量铸坯表面到A区 边缘的垂直距离，该距离就是已凝固铸坯坯壳的厚度。图 3 射钉在铸坯内示意图3.5 凝壳厚度及液相穴长度的确定v x D 2根据凝固定律，液相穴长度可由下式计算：L= （1）式中：L为液相4x K 2穴长度， m；D 为铸坯厚度， mm；v 为拉速， m/min；k 为综合凝固系数， mm/min1/2

10、；综合凝固系数k可由下式计算：d=kX（2）式中，d为凝固坯壳厚度，vmm； l 为射钉位置距离结晶器为弯月面的距离， m；v 为试验时的拉坯速度， m/min。4结果分析4.1 射钉过程参数为了对比分析，分别对Q420B和Q345B两个钢种，在不同拉速、不同冷却条件和不同位置进行射钉试验，射钉过程参数见表2。表 2 Q420B 和 Q345B 两个钢种射钉过程参数参数Q420BQ345B拉速（m/min）0.91.0比水量（l/kg）0.680.68过热度（C）3139铸坯断面（mm）220X1600220X1600射钉位置第5 扇形段出口第6扇形段出口距结晶器液面（mm）13745.415

11、692.4距铸坯边部1/4处1/4处4.2 试样酸洗结果对Q420B和Q345B两个钢种的射钉试样进行热酸洗后见图4和图5。借助图像处理软 件，可计算出铸坯凝固坯壳的厚度，同时，根据凝固定律公式（1）和（2），可分别计算出 Q420B和Q345B两个钢种的液相穴深度，见表3所示。表 3 Q420B 和 Q345B 两个钢种的凝固坯壳厚度和液相穴深度参数Q420BQ345B铸坯上表坯壳厚度（mm）8888铸坯下表坯壳厚度（ mm）89103铸坯平均坯壳厚度（ mm）88.595.5凝固系数（ mm/min1/）222.6524.11液相穴长度（m）21.2420.82图 4 Q420B 钢种射钉

12、试样热酸洗图内 弧388mm117 mm-INllfflll片唧燜艸删啊|卩|卩|啊删|呷|岬那圳|”删阴艸|艸|侧|咂 .45,6,78910 1,23,45,67,89 2 *1|2| 3|4|56|78910 1,23,45(67,892,0, 12处啊中|删珈|卩|片啊啊址側缈血吗删恤也也也枫慨加| n :i图 5 Q345B 钢种射钉试样热酸洗图5 结论5.1 采用射钉法可以比较准确的测定出连铸坯凝固坯壳的厚度。与其他方法相比较，射 钉法具有不影响生产、不产生废品、操作简单和测量精确等优点；5.2 利用射钉法测定出的坯壳厚度，由凝固定律可计算出综合凝固系数和铸坯的液相穴 深度；5.3 根据射钉法测定出的坯壳厚度和液相穴深度，为评估连铸机的综合冷却能力和优化 二冷配水提供依据。