王聲齊 柳風(fēng)林 陳安慶 段樹(shù)彬 孫靜波

（河鋼集團(tuán)邯鋼公司）

0 引言

近年來(lái)，為了滿足市場(chǎng)上不同用戶對(duì)產(chǎn)品的需求，河鋼邯鋼對(duì)產(chǎn)品的使用規(guī)格和用途進(jìn)行了細(xì)分，并進(jìn)行了定制化、差異化精準(zhǔn)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)，特別是[C]在0.09%～0.15%的含Nb、Ti 微合金包晶高強(qiáng)鋼占比較大，主要在西區(qū)煉鋼廠冶煉生產(chǎn)。西區(qū)煉鋼直弧形連鑄機(jī)于2008 年建成投產(chǎn)，該連鑄機(jī)由DANIELI 公司設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)產(chǎn)能520 萬(wàn)t/年。自投產(chǎn)以來(lái)，通過(guò)技術(shù)改進(jìn)、工藝優(yōu)化，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)不斷攀升，實(shí)現(xiàn)了連鑄機(jī)“高質(zhì)量、高效率、高拉速、高作業(yè)率”的目標(biāo)。但是，在生產(chǎn)微合金包晶高強(qiáng)鋼過(guò)程中，連鑄結(jié)晶器液面波動(dòng)的問(wèn)題嚴(yán)重制約了鑄機(jī)的高效生產(chǎn)。面對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的液面波動(dòng)問(wèn)題，通過(guò)對(duì)鑄機(jī)設(shè)備、冷卻參數(shù)、保護(hù)渣等不斷進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，最終消除了生產(chǎn)微合金包晶高強(qiáng)鋼過(guò)程中出現(xiàn)的液面波動(dòng)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了鑄機(jī)的高效化生產(chǎn)。

1 連鑄機(jī)現(xiàn)狀

西區(qū)煉鋼廠配備有兩臺(tái)雙機(jī)雙流直弧型板坯連鑄機(jī)，兩臺(tái)鑄機(jī)機(jī)型相同，均由DANIELI 公司設(shè)計(jì)，其主要工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 DANELI 連鑄機(jī)主要工藝參數(shù)

2 存在問(wèn)題

一段時(shí)期以來(lái)，弧形連鑄機(jī)在澆注低合金包晶高強(qiáng)鋼時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)結(jié)晶器液面波動(dòng)加劇的問(wèn)題，波動(dòng)幅度達(dá)±15 mm 以上，通過(guò)采取對(duì)塞棒機(jī)構(gòu)檢查緊固、吹氬系統(tǒng)調(diào)整、水口質(zhì)量檢查、水口插入深度調(diào)整、扇形段鎖定控制等一系列常規(guī)手段后，液面波動(dòng)未得到的明顯改善，最終只能通過(guò)降低澆注拉速和加大冷卻水量的方式來(lái)減小液面波動(dòng)。

2.1 典型鋼種的主要化學(xué)成分及生產(chǎn)情況

（1）低合金包晶高強(qiáng)鋼典型鋼種的主要化學(xué)成分見(jiàn)表2。

表2 低合金包晶高強(qiáng)鋼典型鋼種成分 %

（2）煉鋼工藝路徑：倒罐站—鐵水預(yù)處理—轉(zhuǎn)爐—LF 爐精煉—連鑄。

（3）液面波動(dòng)情況。通過(guò)生產(chǎn)跟蹤，連鑄在澆注斷面為1 500 ～1 700 mm，厚度為230 mm、拉速在1.0 ～1.2 m/min 過(guò)程中出現(xiàn)的液面波動(dòng)實(shí)時(shí)曲線如圖1 所示。實(shí)際液面波動(dòng)最大時(shí)達(dá)±15 mm，制約了連鑄高拉速生產(chǎn)。

圖1 連鑄結(jié)晶器液面波動(dòng)實(shí)時(shí)曲線

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3 結(jié)晶器液面波動(dòng)原因分析

3.1 結(jié)晶器初生坯殼的不均勻性

結(jié)晶器中初生坯殼的不均勻性是造成包晶鋼液面波動(dòng)的根本原因，鋼種成分[C] 在0.09%～0.17%的鋼液在凝固過(guò)程中會(huì)發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變L+δ=γ，發(fā)生約0.38%的體積収縮，在澆注過(guò)程中，由于結(jié)晶器冷卻速度大，一般[C]在0.12%左右的鋼種凝固收縮量最大[1]，其次，由于鋼中添加了其他微合金元素，對(duì)包晶成分點(diǎn)會(huì)有影響，不同鋼種發(fā)生包晶反應(yīng)的實(shí)際[C]含量也不完全相同。在結(jié)晶器中，坯殼會(huì)因收縮過(guò)大而與結(jié)晶器壁銅板脫離形成氣隙，影響坯殼的傳熱，從而使坯殼的凝固生長(zhǎng)變慢，坯殼變薄，造成包晶鋼結(jié)晶器坯殼不均勻生長(zhǎng)[2]，如圖2 所示。

圖2 包晶鋼結(jié)晶器初生坯殼生長(zhǎng)

3.2 鑄坯在扇形段內(nèi)的鼓肚

在連鑄澆注微合金包晶鋼時(shí)，二次冷卻通常采用弱冷制度，造成二冷區(qū)鑄坯坯殼生長(zhǎng)減慢，坯殼表面溫度相對(duì)較高，而這又是加劇鑄坯鼓肚傾向的因素。理論上，鑄機(jī)二冷段中的坯殼由于受鋼水靜壓力的作用會(huì)在兩對(duì)輥之間產(chǎn)生鼓肚（如圖3 所示），其鼓肚量與坯殼厚度的三次方成反比[3]。包晶鋼不均勻生長(zhǎng)的坯殼中的薄弱部分在扇形段兩對(duì)輥之間的鼓肚變形要遠(yuǎn)大于坯殼正常部分的，從而引起液面的明顯下降，而坯売經(jīng)過(guò)下一輥時(shí)又存在一個(gè)再壓回的過(guò)程，此時(shí)液面就會(huì)上涌，至此，液面波動(dòng)已完全形成。

圖3 扇形段鑄坯鼓肚

3.3 其他因素

連鑄坯凝固過(guò)程的特點(diǎn)是邊運(yùn)動(dòng)、邊放熱、邊凝固，整個(gè)扇形段系統(tǒng)的矯直驅(qū)動(dòng)和支撐

輥剛度顯得尤為重要。目前西區(qū)煉鋼廠所生產(chǎn)的高強(qiáng)品種鋼種類繁多，強(qiáng)度范圍跨度大，在澆注高強(qiáng)鋼過(guò)程中鑄坯矯直困難，實(shí)際生產(chǎn)中往往存在扇形段輥?zhàn)幼冃?、不轉(zhuǎn)、兩輥間積渣等問(wèn)題，導(dǎo)致拉坯阻力增大，致使矯直段驅(qū)動(dòng)輥壓力無(wú)法保證，這些設(shè)備因素也會(huì)導(dǎo)致結(jié)晶器液面波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致停澆事故。

4 改進(jìn)措施和實(shí)施效果

4.1 結(jié)晶器冷卻改進(jìn)

根據(jù)微合金包晶高強(qiáng)鋼凝固特性，優(yōu)化結(jié)晶器寬面、窄面的水量配比，提高結(jié)晶器寬面、窄面?zhèn)鳠岬囊恢滦院头€(wěn)定性，促進(jìn)彎月面區(qū)初生坯殼的均勻生長(zhǎng)，從而有效改善液面波動(dòng)和縱裂問(wèn)題。在保證足夠的出結(jié)晶器坯殼厚度的前提下，將生產(chǎn)過(guò)程中結(jié)晶器寬面水量的目標(biāo)值由4 300 L/min減小至4 000 L/min，窄面水量530 L/min 不做調(diào)整，水流速度由8.0 m/s 降到6.0 m/s，結(jié)晶器進(jìn)水溫度控制在35～40 ℃。同時(shí)，在操作工藝上采取低過(guò)熱度（10～25 ℃）恒速澆注、水口注流嚴(yán)格對(duì)中等措施。

一段時(shí)間以來(lái)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，結(jié)晶器熱流傳導(dǎo)趨緩且穩(wěn)定，調(diào)整后四個(gè)面的平均熱流較之前降低了約1 340 kW/m2，≤±3 mm 的液面波動(dòng)占比提高了11%，因液面波動(dòng)導(dǎo)致的降速比例明顯下降，鑄坯縱裂率下降了1%。統(tǒng)計(jì)1 550 mm斷面時(shí)結(jié)晶器熱流、液面波動(dòng)、恒速率及縱裂情況，結(jié)果分別見(jiàn)表3 和表4。

表3 改進(jìn)后結(jié)晶器熱流統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表4 改進(jìn)后液面波動(dòng)等統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4.2 保護(hù)渣優(yōu)化改進(jìn)

針對(duì)低合金包晶高強(qiáng)鋼凝固收縮的特點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)用的保護(hù)渣進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，采用較高堿度、粘度和熔點(diǎn)的保護(hù)渣，增加結(jié)晶器銅板與初生坯殼間的渣膜中的結(jié)晶相，減少玻璃相，可降低結(jié)晶器與坯殼間的熱傳導(dǎo)，減小坯殼溫度梯度，減少坯殼所受熱應(yīng)力，使坯殼凝固更均勻[4]。同時(shí)，在操作工藝上要求均勻添加、“黑渣”操作，保證三層機(jī)構(gòu)總厚度在50 mm 左右、液渣層在10 ～15 mm。

采用改進(jìn)后的包晶鋼專用保護(hù)渣，澆注過(guò)程中結(jié)晶器鋼液面穩(wěn)定，保護(hù)渣消耗均勻，液渣層平均在12 mm。跟蹤近兩個(gè)月以來(lái)，鑄坯質(zhì)量較改進(jìn)前有了較大改善，表面縱裂的發(fā)生率降低了10 個(gè)百分點(diǎn)，保護(hù)渣特性及鑄坯表面縱裂發(fā)生率見(jiàn)表5。

表5 保護(hù)渣的技術(shù)指標(biāo)及縱裂發(fā)生率

4.3 二冷配水工藝制度優(yōu)化改進(jìn)

帶液芯的鑄坯在鑄機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，由于鋼水靜壓力作用，鑄坯寬面中心高溫坯殼在兩支撐輥之間會(huì)出現(xiàn)鼓肚情況，微合金包晶鋼因初生坯殼的不均勻生長(zhǎng)使鼓肚情況更為明顯，鼓肚量隨凝固坯殼厚度的增加而減小[4]。

為減少該類鋼種在澆注過(guò)程中鑄坯鼓肚的發(fā)生，對(duì)二冷配水進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，冷卻強(qiáng)度由原來(lái)的0.47 L/kg 優(yōu)化為0.62 L/kg，并對(duì)二冷配水冷卻曲線進(jìn)行改進(jìn)，在二冷區(qū)前4 個(gè)回路采用強(qiáng)冷設(shè)計(jì)。同時(shí)，在設(shè)備維護(hù)上，要求定期檢查清理二冷噴嘴，保證噴淋正常、均勻。

參考凝固后鑄坯鼓肚量可知，二冷配水改進(jìn)后鑄坯寬面鼓肚量明顯減少，平均減少了約0.53 mm。澆注過(guò)程結(jié)晶器液面波動(dòng)明顯平穩(wěn)，未出現(xiàn)周期性的較大的波動(dòng)，整澆次液面波動(dòng)在±3 mm 以內(nèi)的占比在95%。凝固后鑄坯鼓肚量抽測(cè)情況及液面波動(dòng)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表6。

表6 鑄坯鼓肚量抽測(cè)情況及液面波動(dòng)統(tǒng)計(jì)

4.4 其他措施

生產(chǎn)這類高強(qiáng)鋼前對(duì)鑄機(jī)扇形段進(jìn)行全面的檢查維修，建立產(chǎn)前檢查確認(rèn)機(jī)制，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)解決，確保扇形段液壓控制系統(tǒng)正常運(yùn)行，保證扇形段設(shè)備精度和驅(qū)動(dòng)輥壓力。

通過(guò)以上優(yōu)化改進(jìn)措施的實(shí)施，一年以來(lái)，在澆注[C]在0.09%～0.15%含Nb、Ti 等的微合金包晶高強(qiáng)鋼系列時(shí)，結(jié)晶器液面平穩(wěn)，鑄坯表面質(zhì)量良好，縱裂發(fā)生率大幅下降，由之前的7%較低至4% 以下。以490CL 為例，在澆注斷面為1 550 mm、厚度230 mm、拉速在1.1 ～1.2 m/min 過(guò)程中液面波動(dòng)曲線如圖4 所示。

圖4 澆注過(guò)程塞棒和液面波動(dòng)實(shí)時(shí)曲線

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)跟蹤分析，確定了導(dǎo)致西區(qū)煉鋼廠連鑄生產(chǎn)微合金包晶高強(qiáng)鋼時(shí)出現(xiàn)液面波動(dòng)的原因，針對(duì)性地采取了保護(hù)渣改進(jìn)調(diào)整、二冷配水制度優(yōu)化及強(qiáng)化扇形段設(shè)備精度等具體的措施。實(shí)踐表明，措施實(shí)施后基本消除了低合金包晶高強(qiáng)鋼的液面波動(dòng)現(xiàn)象，恒速率穩(wěn)定在98%以上，同時(shí)鑄坯裂紋發(fā)生率降低至4%以下。為提高鑄機(jī)產(chǎn)能、提高鑄坯質(zhì)量和增加經(jīng)濟(jì)效益發(fā)揮了巨大的作用。