包永鵬

（甘肅酒鋼（集團(tuán)）宏興股份有限責(zé)任公司， 甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

連鑄技術(shù)在生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本方面的巨大優(yōu)勢(shì)是不銹鋼生產(chǎn)連鑄化的驅(qū)動(dòng)力。同時(shí)，不銹鋼雙高特點(diǎn)(高合金含量，高表面質(zhì)量要求)又使得不銹鋼連鑄化生產(chǎn)的步伐始終落后于連鑄技術(shù)的整體發(fā)展。近年來(lái)，連鑄設(shè)備和工藝水平的進(jìn)步使得不銹鋼產(chǎn)品要求高表面質(zhì)量的特點(diǎn)和連鑄高控制精度之間有了契合點(diǎn)， 從而使連鑄成為不銹鋼生產(chǎn)中的主流工藝手段。

酒鋼不銹鋼公司先后在2005 年和2010 年投入了2 條年產(chǎn)各60 萬(wàn)元的不銹鋼生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線包括1 臺(tái)板坯連鑄機(jī)和相應(yīng)的配套設(shè)備。由于在連鑄設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮了不銹鋼的凝固特點(diǎn)和冶金特性，并且針對(duì)不銹鋼板坯的表面內(nèi)在質(zhì)量要求編制了相對(duì)合理的工藝路線，所以不銹鋼產(chǎn)品質(zhì)量基本滿足了后工序的要求，達(dá)到了工藝設(shè)計(jì)的目標(biāo)。

1 酒鋼不銹鋼板坯連鑄生產(chǎn)工藝和裝備

1.1 不銹鋼板坯連鑄生產(chǎn)工藝

不銹鋼連鑄板坯生產(chǎn)工藝流程見(jiàn)圖1。

1.2 不銹鋼板坯連鑄設(shè)備

不銹鋼板坯連鑄設(shè)備及主要參數(shù)見(jiàn)表1。

2 提高不銹鋼連鑄板坯表面質(zhì)量

提高不銹鋼板坯表面質(zhì)量，主要體現(xiàn)在降低板坯修磨率，包括表面和皮下夾渣、基本無(wú)表面縱裂紋和橫裂紋、規(guī)則和較淺的振痕等因素。不銹鋼板坯表面質(zhì)量主要取決于連鑄工藝過(guò)程中結(jié)晶器鋼液流場(chǎng)分布、結(jié)晶器振動(dòng)類(lèi)型和參數(shù)、液面控制技術(shù)、保護(hù)渣熔融行為和鋼渣反應(yīng)以及合理的一冷和二冷參數(shù)設(shè)置。

圖1 不銹鋼連鑄板坯生產(chǎn)工藝流程

2.1 結(jié)晶器鋼液流場(chǎng)分布

結(jié)晶器內(nèi)鋼液流場(chǎng)分布決定了液面紊動(dòng)幅度和夾雜物上浮規(guī)律。同時(shí)，鋼液流股的不同行為對(duì)保護(hù)渣的熔化特性和坯殼的生長(zhǎng)規(guī)律也有一定影響。對(duì)于不銹鋼連鑄來(lái)說(shuō)，板坯的表面質(zhì)量決定了修磨損失量和最終產(chǎn)品所能達(dá)到的表面光潔度等級(jí)，是體現(xiàn)不銹鋼產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵因素。因此結(jié)晶器液面波動(dòng)情況、結(jié)晶器窄面流股沖擊位置和沖擊強(qiáng)度、回流區(qū)域分布等，并針對(duì)不同種類(lèi)不銹鋼的凝固特點(diǎn)和高溫力學(xué)性能，調(diào)整了SEN 幾何形狀、出鋼孔度、插入深度等工藝參數(shù)，利用正交法篩選出合理的工藝參數(shù)組合，并在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)用。圖2 顯示了304 鋼種在板坯寬度1 260 mm、拉速1.1 m/min、水口出鋼孔15、水口插入深度120 mm 的工藝條件下，不同水口出鋼孔傾角的鋼液流場(chǎng)分布的數(shù)值模擬結(jié)果。

表1 不銹鋼板坯連鑄設(shè)備及主要參數(shù)

圖2 結(jié)晶器鋼液流場(chǎng)分布的優(yōu)化

2.2 結(jié)晶器振動(dòng)

結(jié)晶器振動(dòng)裝置的類(lèi)型和振動(dòng)模式, 將決定板坯振痕深淺和規(guī)則與否。不規(guī)則和較深的振痕,其波谷處往往是板坯橫裂紋的發(fā)源地和渣粒、氣泡的聚集地,如果板坯修磨量不足,那么由于不銹鋼不易氧化的特點(diǎn), 這些問(wèn)題會(huì)被帶到冷軋產(chǎn)品并形成線鱗缺陷。不銹鋼公司的板坯連鑄機(jī)選擇了液壓振動(dòng)方式,液壓缸為比例閥閉環(huán)系統(tǒng)控制。在設(shè)備層面上具備實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器正弦曲線與非正弦曲線振動(dòng)模式的能力, 并可在澆注過(guò)程中進(jìn)行不同振幅及振頻之間的切換。振動(dòng)工藝參數(shù)的選擇考慮在保證合理的保護(hù)渣消耗的前提下,盡可能減小振痕深度,提高板坯表面質(zhì)量。圖3 給出了針對(duì)304 鋼種部分研究工作的結(jié)果。資料顯示,正常狀態(tài)下不銹鋼板坯在熱軋加熱爐內(nèi)會(huì)產(chǎn)生0.2～0.3 mm 的氧化鐵皮, 在此范圍內(nèi)的板坯表面缺陷可以隨氧化鐵皮被同時(shí)去除, 如果振痕深度在此范圍內(nèi)，板坯可以不用修磨。因此，根據(jù)上述研究工作的結(jié)果，確定了合理的振動(dòng)工藝參數(shù)和保證板坯表面質(zhì)量所必需的拉速范圍。

2.3 結(jié)晶器液面控制

結(jié)晶器液面的控制除了取決于鋼液流場(chǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)外，結(jié)晶器液面自動(dòng)控制系統(tǒng)也起著至關(guān)重要的作用。在不銹鋼公司連鑄機(jī)工藝設(shè)計(jì)中，選擇內(nèi)裝渦流線圈式結(jié)晶器液面檢測(cè)裝置，用來(lái)檢測(cè)結(jié)晶器內(nèi)的鋼水液面并反饋控制塞棒位置，液面控制精度±3 mm。在實(shí)際使用中當(dāng)拉速變化或其他操作將引起結(jié)晶器液面波動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)都及時(shí)作出了反應(yīng)，將液面波動(dòng)值控制在一個(gè)相當(dāng)小的范圍內(nèi)，圖4 給出了實(shí)際生產(chǎn)中由于拉速大幅變化和結(jié)晶器挑渣圈作業(yè)時(shí)液面波動(dòng)的實(shí)例。

圖4 結(jié)晶器液面控制

2.4 不銹鋼保護(hù)渣選擇

澆注過(guò)程中保護(hù)渣的行為直接影響不銹鋼板坯的表面質(zhì)量。文獻(xiàn)指出，結(jié)晶器銅板和坯殼之間的3層結(jié)構(gòu)，即液相、玻璃相、結(jié)晶相的厚度分布與相應(yīng)的板坯表面質(zhì)量有密切關(guān)系。在不銹鋼連鑄板坯用保護(hù)渣的選擇中，重點(diǎn)考慮了不同種類(lèi)不銹鋼的高溫力學(xué)性能和凝固特性對(duì)保護(hù)渣性能的不同要求。比如，根據(jù)304 不銹鋼其在凝固過(guò)程中的相組成及其分布范圍。目前成分設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，304 鋼種顯微組織為90%以上的γ 相和4%～9%的α 相，因此在結(jié)晶器內(nèi)坯殼的凝固收縮率會(huì)比較大，坯殼生長(zhǎng)不均勻，引起的直接后果是板坯表面形成縱向的長(zhǎng)條狀凹陷缺陷，部分凹陷中可以檢查到裂紋存在。因此保護(hù)渣的選擇首先考慮較高的堿度和結(jié)晶溫度，實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器內(nèi)均勻、溫和的散熱量，盡可能減少結(jié)晶器內(nèi)坯殼不均勻生長(zhǎng)現(xiàn)象。表2 為現(xiàn)階段的300 系列不銹鋼SPH-SL 188/MT 2 保護(hù)渣理化指標(biāo)。

表2 SPH-SL 188/MT 2 保護(hù)渣理化指標(biāo)

2.5 一冷強(qiáng)度

結(jié)晶器冷卻水量設(shè)置考慮了不銹鋼初生坯殼的熱力學(xué)性能和保護(hù)渣膜的最佳工作溫度，防止產(chǎn)生裂紋缺陷和出結(jié)晶器漏鋼事故。Cr、Ni 加入量對(duì)不銹鋼的高溫強(qiáng)度、熱導(dǎo)率、凝固收縮率有很大影響，一冷強(qiáng)度策略也有所不同。對(duì)于400 系列不銹鋼，坯殼高溫強(qiáng)度比較低（結(jié)晶器內(nèi)坯殼溫度范圍），很小的應(yīng)變就可能形成坯殼裂紋均勻、溫和的結(jié)晶器冷卻有利于減少坯殼表面形成裂紋，所以400 系列不銹鋼的結(jié)晶器冷卻強(qiáng)度要弱于300 系列不銹鋼。

2.6 二冷強(qiáng)度

不銹鋼公司板坯連鑄機(jī)的二次冷卻采用汽水混合冷卻，各回路冷卻水的流量控制，由2 級(jí)計(jì)算機(jī)根據(jù)澆注速度、鋼種和溫度修正因子等計(jì)算確定，具體的不銹鋼板坯連鑄二次冷卻強(qiáng)度設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)在于：比水量設(shè)置不銹鋼較低的熱導(dǎo)率，滿足冶金長(zhǎng)度的限制條件；考慮不銹鋼的熱力學(xué)性能,冷卻強(qiáng)度較碳鋼弱，重視冷卻的均勻性；考慮300 系列不銹鋼的裂紋敏感性和400 系列不銹鋼高溫強(qiáng)度低、容易產(chǎn)生高溫蠕變的特點(diǎn)。

在澆注過(guò)程中設(shè)定進(jìn)水回路的水流量時(shí), 都根據(jù)該回路所測(cè)得的實(shí)際進(jìn)水溫度和目標(biāo)溫度進(jìn)行比較并修正，當(dāng)進(jìn)水溫度低于25 ℃或大于35 ℃時(shí),二冷水自動(dòng)控制系統(tǒng)將調(diào)節(jié)冷卻水的流量。

2.7 拉速控制

在目前的振動(dòng)參數(shù)設(shè)置情況下, 拉速的提高減小了負(fù)滑脫率，振痕深度減小，板坯表面質(zhì)量提高（圖5）。但是隨著負(fù)滑脫率的減小，保護(hù)渣消耗量下降,漏鋼率上升，所以1.0～1.2 m/min 的拉速水平比較符合目前我廠的生產(chǎn)情況。

3 連鑄工藝效果

在線階段的生產(chǎn)實(shí)踐中,絕大多數(shù)的工藝?yán)纾褐虚g包的氬封，大包長(zhǎng)水口的免清洗，鋼水的弱吹時(shí)間，中包最低噸位的控制等均有效地保證了產(chǎn)品的質(zhì)量對(duì)于不銹鋼連鑄而言, 修磨率和修磨損失直接反映了板坯表面質(zhì)量的優(yōu)劣, 是衡量板坯質(zhì)量的重要指標(biāo)。

圖5 澆注速度與板坯修磨率關(guān)系

其中2018 年1 月—8 月304 鋼種的實(shí)際修磨率指標(biāo)（修磨率=1 個(gè)連澆內(nèi)修磨的板坯數(shù)/1 個(gè)連澆內(nèi)澆注板坯總數(shù)）見(jiàn)圖6，橫線太鋼2018 年同期304鋼種平均板坯修磨率指標(biāo)。從圖示數(shù)據(jù)可以看出,目前我公司304 鋼種板坯修磨率已經(jīng)達(dá)到太鋼的水平，特別自2012 年5 月以后304 鋼種修磨率一直低于0.35%，考慮到連澆爐次中頭尾坯必須修磨的規(guī)定,正常板坯的修磨率已低于0.3%。雖然存在最終用途不同造成的修磨標(biāo)準(zhǔn)差異的影響，但在某種程度上也反映了不銹鋼板坯較好的表面質(zhì)量水平

圖6 304 鋼種板坯修磨率指標(biāo)

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)不銹鋼的特點(diǎn)進(jìn)行了大量的研究工作,數(shù)值模擬、理論計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)等多種手段被應(yīng)用于我廠連鑄工藝設(shè)計(jì)中, 絕大多數(shù)工藝措施在生產(chǎn)實(shí)踐中被證明有效地保證了不銹鋼板坯的表面質(zhì)量,板坯修磨率基本穩(wěn)定在0.3%以下, 達(dá)到了較好工藝的水平。