劉忠建

(萊蕪鋼鐵集團(tuán)銀山型鋼有限公司 煉鋼廠，山東 濟(jì)南 271104)

近年來，H型鋼在國(guó)內(nèi)外已被廣泛應(yīng)用于高層建筑、工業(yè)廠房、火力發(fā)電、海洋工程、閘壩、橋梁以及市政設(shè)施的建造等領(lǐng)域。市場(chǎng)對(duì)H型鋼產(chǎn)量不斷增長(zhǎng)的同時(shí)，其產(chǎn)品規(guī)格需求也逐漸出現(xiàn)多樣化。而H型鋼的產(chǎn)量與品質(zhì)直接取決于異型坯生產(chǎn)效率和質(zhì)量，因此，異型坯的高效率、高質(zhì)量生產(chǎn)仍是當(dāng)今鋼鐵行業(yè)研究的重要課題之一。某鋼廠異型坯生產(chǎn)周期遠(yuǎn)大于軋制周期，異型坯生產(chǎn)效率已經(jīng)成為制約H型鋼產(chǎn)量的主要瓶頸；加之，該鋼廠H型鋼產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，品種較多，異型坯在生產(chǎn)過程中受結(jié)構(gòu)復(fù)雜的結(jié)晶器斷面和鋼種的多樣化等因素影響，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性難以控制。為此，該鋼廠成立攻關(guān)團(tuán)隊(duì)對(duì)異型坯高效生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行研究，不斷提高異型坯產(chǎn)品生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

1 生產(chǎn)線主要概況

某鋼廠于2004年7月建成投產(chǎn)，目前主要工藝設(shè)備有：KR鐵水預(yù)處理設(shè)有6個(gè)脫硫、扒渣工位，120 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐4座，130 t LF精煉爐4座，130 t RH精煉爐2座，3臺(tái)板坯連鑄機(jī)和1臺(tái)異型坯連鑄機(jī)。異型坯連鑄機(jī)由三個(gè)斷面組成，BB1、BB2和BB3,斷面尺寸分別為555 mm×440 mm×90 mm、750 mm×370 mm×90 mm和1 024 mm×390 mm×90 mm。

2 異型坯高效生產(chǎn)關(guān)鍵支撐措施

異型坯高效化生產(chǎn)采取全流程控制措施，主要由鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐、LF精煉爐和異型坯連鑄機(jī)等生產(chǎn)流程中各項(xiàng)技術(shù)構(gòu)成。

2.1 中間包長(zhǎng)壽命工作層新技術(shù)

針對(duì)中間包工作層沖擊區(qū)對(duì)面渣線部位侵蝕嚴(yán)重和新設(shè)計(jì)中間包穩(wěn)流器使用過程中存在的問題，重點(diǎn)采取優(yōu)化中間包工作層砌筑工藝等措施，開發(fā)長(zhǎng)壽命工作層新技術(shù)。

1)開發(fā)T型中間包工作層立式加強(qiáng)板

中間包沖擊區(qū)剛玉板組合修砌。為提高異型坯中間包沖擊區(qū)對(duì)面工作層抗侵蝕能力，研發(fā)一種中間包沖擊區(qū)對(duì)面工作層剛玉板組合砌筑工藝，根據(jù)中間包形狀、尺寸大小設(shè)計(jì)中間包沖擊區(qū)對(duì)面工作層專用剛玉質(zhì)防鋼水沖擊板。在中間包工作層打結(jié)完畢后將剛玉質(zhì)耐火板貼在中間包沖擊區(qū)對(duì)面工作層外部，以此強(qiáng)化此部位的抗侵蝕能力。

2)優(yōu)化設(shè)計(jì)穩(wěn)流器結(jié)構(gòu)

為減緩T型中間包沖擊區(qū)對(duì)面工作層的沖刷，新設(shè)計(jì)穩(wěn)流器內(nèi)襯設(shè)有擋墻，但在使用過程中擋墻易被鋼水沖倒，針對(duì)這一問題對(duì)穩(wěn)流器進(jìn)行重新改造，將原設(shè)計(jì)穩(wěn)流器改造為本體一側(cè)開設(shè)溢流槽，在本體溢流槽對(duì)立的一側(cè)開設(shè)兩導(dǎo)流槽口和擋流鼻的穩(wěn)流器(如圖1所示)。穩(wěn)流器擋流鼻起到減緩鋼液對(duì)沖擊區(qū)對(duì)面工作層的沖擊作用，導(dǎo)流槽起到均勻分流的作用。

圖1 改造后穩(wěn)流器形貌

2.2 中間包智能烘烤技術(shù)

為提高中間包烘烤過程中溫度上升的均勻性，引進(jìn)蓄熱式自動(dòng)烘包技術(shù)，該烘烤器具備智能烘烤能力，具備烘烤過程流量自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，烘烤結(jié)束后自動(dòng)轉(zhuǎn)入保溫烘烤。通過系統(tǒng)調(diào)試和各個(gè)烘烤曲線試驗(yàn)調(diào)整， 實(shí)現(xiàn)了中間包自動(dòng)烘烤。采用此烘烤器確保了中間包烘烤溫度穩(wěn)步上升，提升了烘烤效果。

2.3 低過熱度均衡澆注技術(shù)

2.3.1 鋼水過程溫度控制制度

中間包溫度及過熱度的穩(wěn)定是由轉(zhuǎn)爐—精煉—連鑄流程各工序溫度的穩(wěn)定、工序間溫度變化的穩(wěn)定決定的。準(zhǔn)確的了解鋼水在運(yùn)輸過程中的溫降規(guī)律，確定各個(gè)工序節(jié)點(diǎn)的溫度，使得煉鋼連鑄流程各工序及工序間溫度、時(shí)間能夠很好的銜接、匹配、穩(wěn)定、連續(xù)，保證良好的調(diào)控空間。萊鋼煉鋼廠根據(jù)異型坯連鑄機(jī)定徑包特性及生產(chǎn)實(shí)際確定異型坯連鑄機(jī)連澆爐次中間包過熱度控制在15～28 ℃，開澆第一爐控制在25～40 ℃。經(jīng)過系統(tǒng)分析各工序鋼水溫降規(guī)律及影響因素,建立和優(yōu)化了各鋼種鋼水過程溫度控制制度，Q355B溫度制度見表1。

表1 Q355B溫度控制表 ℃

2.3.2 溫度制度控制措施

為保障過程溫度制度的實(shí)施，減少各工序溫降波動(dòng)大、溫度難以準(zhǔn)確控制導(dǎo)致鋼水澆注過程中過熱度過高或過低等現(xiàn)象的發(fā)生，采取專線化生產(chǎn)組織、優(yōu)化鋼包管理、鋼包全程加蓋、轉(zhuǎn)爐不倒?fàn)t出鋼和改造使用蓄熱式自動(dòng)中間包烘烤器等措施。

1)專線化生產(chǎn)組織，控制生產(chǎn)節(jié)奏，加快鋼包周轉(zhuǎn)

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際形成“1號(hào)轉(zhuǎn)爐—1號(hào)LF精煉爐—異型坯連鑄機(jī)”的專線化生產(chǎn)模式。利用“列車時(shí)刻表”信息化系統(tǒng)進(jìn)行工序排產(chǎn)，嚴(yán)格控制各工序生產(chǎn)節(jié)奏，縮短轉(zhuǎn)爐冶煉周期，減少精煉壓鋼時(shí)間，控制連鑄待澆時(shí)間，避免因生產(chǎn)節(jié)奏跟不上而降速，致使中包過程溫降大。通過優(yōu)化信息化系統(tǒng)，加快生產(chǎn)節(jié)奏，減少了因生產(chǎn)節(jié)奏跟不上而引起過程溫降，提高了中間包鋼水溫度穩(wěn)定性。

2)優(yōu)化鋼包管理

鋼包是煉鋼生產(chǎn)過程中鋼水載體，其運(yùn)行狀況直接關(guān)聯(lián)到連鑄生產(chǎn)順行與否。鋼包狀況良好不僅有利于降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度，對(duì)穩(wěn)定連鑄中間包溫度、降低澆注過熱度也意義重大。為能準(zhǔn)確控制好鋼水溫度，必須掌握鋼包的狀況，根據(jù)鋼包狀況預(yù)測(cè)工序過程溫降，確定合適的出鋼溫度根據(jù)鋼包的空包時(shí)間和烘烤情況，把鋼包劃分為三類：正常包、超時(shí)包和新包。各工序根據(jù)鋼包狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整溫度控制。同時(shí)加快鋼包周轉(zhuǎn)，控制鋼包投入數(shù)量。為縮短鋼包循環(huán)使用過程中空包等待時(shí)間，根據(jù)生產(chǎn)節(jié)奏控制鋼包數(shù)量，保證鋼包保持較短的周轉(zhuǎn)時(shí)間，提高紅包率。通過優(yōu)化生產(chǎn)組織，鋼包周轉(zhuǎn)個(gè)數(shù)由原來7個(gè)優(yōu)化為5個(gè)，大幅度減少了空包等待時(shí)間，有效減少了出鋼過程溫降。

通過各項(xiàng)溫度控制措施的實(shí)施,穩(wěn)定了中包鋼水溫度，實(shí)現(xiàn)了每爐鋼水在中間包內(nèi)平均溫降5 ℃的目標(biāo)，確保了鋼水低過熱度均衡澆注。減少了因溫度高對(duì)中間包耐材侵蝕嚴(yán)重的現(xiàn)象以及降拉速現(xiàn)象的發(fā)生概率。

2.4 開發(fā)優(yōu)質(zhì)異型坯鋼水高效化供應(yīng)流程技術(shù)

2.4.1 KR高效脫硫技術(shù)

隨著品種鋼的開發(fā)，各條產(chǎn)線對(duì)硫的要求逐步增高。硫含量對(duì)異型坯表面質(zhì)量影響較大，為此，迫切需要研究提高鐵水去硫效率。為提高KR脫硫效率，消除部分工藝參數(shù)和模型的缺陷導(dǎo)致攪拌時(shí)間偏長(zhǎng)、脫硫率不穩(wěn)定的問題，研究?jī)?yōu)化攪拌參數(shù)并開發(fā)使用復(fù)合脫硫劑。合理的插入深度及攪拌槳轉(zhuǎn)速是提升脫硫效率的關(guān)鍵。通過系統(tǒng)研究攪拌參數(shù)對(duì)脫硫效果的影響，進(jìn)行了攪拌工藝參數(shù)優(yōu)化，提高脫硫動(dòng)力學(xué)條件。

原KR設(shè)計(jì)脫硫劑為石灰、螢石分別加入，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，受加入時(shí)機(jī)影響，脫硫劑融化效果差，利用率較低。為提高脫硫劑的利用率，先后試驗(yàn)了先加石灰后加螢石、先加螢石后加石灰、石灰和螢石同時(shí)加入等不同方式，通過脫硫效率對(duì)比，石灰與螢石同時(shí)加入時(shí)，脫硫效率較高。為保證加料均勻，采用石灰與螢石按9∶1的比例進(jìn)行預(yù)混合，提高KR化渣效果，提高脫硫劑利用率。

2.4.2 轉(zhuǎn)爐高碳低氧位出鋼控制技術(shù)

轉(zhuǎn)爐高拉碳和提高轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)命中率可使鋼水終點(diǎn)氧含量降低，使脫氧劑及合金的用量得以降低，減少脫氧產(chǎn)物，鋼液內(nèi)生非金屬夾雜物相對(duì)減少，使鋼水質(zhì)量得以改善。高拉碳技術(shù)的難點(diǎn)在于控制終點(diǎn)磷含量。隨著轉(zhuǎn)爐留渣技術(shù)的推廣應(yīng)用，為轉(zhuǎn)爐高效脫磷創(chuàng)造了有利條件,通過研究高效精準(zhǔn)留渣技術(shù)，根據(jù)爐料結(jié)構(gòu)選擇不同的留渣量以及優(yōu)化加料模式和氧槍吹煉參數(shù)控制，使轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)碳和終點(diǎn)命中率顯著提高，終點(diǎn)氧含量平均降低200×10-6。

2.4.3 硅鎮(zhèn)靜鋼LF高效精煉技術(shù)

通過對(duì)硅脫氧鋼水高效LF精煉工藝的研究分析，采用合理脫氧造渣制度，優(yōu)化渣系組分，穩(wěn)定操作制度，實(shí)現(xiàn)了LF快速造渣、脫氧和脫硫等一系列工序的優(yōu)化。同時(shí)針對(duì)精煉后鋼水潔凈度不穩(wěn)定易導(dǎo)致在澆注過程中出現(xiàn)拉速波動(dòng)以及鑄坯質(zhì)量波動(dòng)等問題不斷研究精煉過程控制，優(yōu)化智能精煉模型。保障了全程氬氣、通電、加料等自動(dòng)控制模型的實(shí)用性。通過精煉智能控制技術(shù)的實(shí)施，提高鋼水質(zhì)量，滿足生產(chǎn)需要。

1)研究硅鎮(zhèn)靜鋼LF精煉渣系，開發(fā)低成本高效LF精煉渣

高質(zhì)量的鋼水對(duì)鋼中硫和夾雜物的形態(tài)以及數(shù)量都有嚴(yán)格的要求，選擇良好性能的精煉渣是純凈鋼水冶煉技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為進(jìn)一步提高鋼水質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，開發(fā)了低成本CaO-A1203基精煉渣替代原有的CaO-CaF2基的精煉渣。生產(chǎn)業(yè)績(jī)表明，該種精煉渣具有硫容量高、易脫氧、易吸附鋼水中的氧化鋁夾雜以及容易生成白渣的特點(diǎn)，其制造成本和精煉效果均優(yōu)于原有精煉渣系。

2)優(yōu)化精煉脫氧制度

通過理論結(jié)合實(shí)際對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析修正，對(duì)精煉使用的脫氧劑進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果提出具有指導(dǎo)意義的加入量(精煉各種脫氧劑單位脫氧量見表2)，以提高精煉脫氧劑的利用率。

表2 精煉各種脫氧劑單位脫氧量

針對(duì)異型坯的特點(diǎn)，分鋼種制定了脫氧劑加入標(biāo)準(zhǔn)，以Q235B系列、Q355B系列鋼種為例，脫氧劑加入標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 Q235B系列、Q355B系列鋼種精煉脫氧制度

實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化脫氧工藝杜絕了因脫氧劑加入不足造成的皮下氣泡等鑄坯質(zhì)量問題，并減少了以往脫氧劑盲目加入的狀況，減少了因脫氧劑加入過多生成鋼中夾雜物，進(jìn)一步提高了鑄坯質(zhì)量。

2.5 開發(fā)異型坯結(jié)晶器穩(wěn)態(tài)澆注技術(shù)

為降低使用漏斗澆注過程中結(jié)晶器液面翻鋼和卷渣指數(shù)，提升鑄坯質(zhì)量，對(duì)異型坯浸入式水口插入深度進(jìn)行優(yōu)化。由數(shù)值模擬結(jié)果知，結(jié)晶器液面過于平靜，溫度的損失得不到補(bǔ)償，對(duì)結(jié)晶器上部的傳熱不利，容易造成液面溫度過低，保護(hù)渣熔化困難；波動(dòng)過于劇烈，容易造成卷渣現(xiàn)象，保護(hù)渣下降困難，不利于結(jié)晶器下部的傳熱。萊鋼異型坯連鑄原中包水口插入深度為70 cm，對(duì)于液面?zhèn)鳠嵊绊懖淮?，但?duì)液面波動(dòng)控制不利。為找出最佳水口插入深度，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際和數(shù)學(xué)模擬試驗(yàn)結(jié)果，選擇80、90、100 cm三種插入深度進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果插入深度為75～80 cm時(shí)，結(jié)晶器翻鋼和卷渣顯著得到控制，型鋼軋后裂紋發(fā)生率明顯下降。

2.6 異型坯均質(zhì)化冷卻工藝控制技術(shù)

1)結(jié)晶器冷卻工藝優(yōu)化研究

通常結(jié)晶器采用弱冷工藝，可減少裂紋發(fā)生率，所以，普碳、低合金鋼異型坯連鑄生產(chǎn)中，結(jié)晶器采用弱冷，將進(jìn)出水溫差控制在5～8 ℃，控制結(jié)晶器進(jìn)水溫度不低于35 ℃，同時(shí)降低結(jié)器內(nèi)水流量和流速，將結(jié)晶器水流量調(diào)整為原水量的95%。

2)開發(fā)異型坯二冷弱冷控制技術(shù)

異型坯連鑄機(jī)二冷段冷卻效果對(duì)異型坯表面裂紋影響較大，為提高鑄坯質(zhì)量，開發(fā)了異型坯二冷弱冷控制技術(shù)。對(duì)二冷水系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，通過二冷水管道內(nèi)添加過濾網(wǎng)凈化水質(zhì)，減少二冷段噴嘴堵塞，保證傳熱條件。同時(shí)，優(yōu)化各冷卻區(qū)水量。

原BB1與BB2斷面生產(chǎn)時(shí)拉速在0.90～0.95 m/min時(shí)二次冷卻強(qiáng)度為0.57 L/kg，包晶鋼生產(chǎn)時(shí)二次冷卻強(qiáng)度相對(duì)偏大，且各區(qū)二次冷卻水量分配不均衡，足輥水量偏大。為此，將該拉速條件下包晶鋼二次冷卻強(qiáng)度調(diào)整為0.48～0.50 L/kg，其中1～5區(qū)水量分配比例為：36.0%～39.2%、28.6%～30.4%、17.1%～18.4%、7.9%～8.3%、6.0%～6.7%。通過降低包晶鋼二次冷卻強(qiáng)度(尤其是足輥段處的冷卻強(qiáng)度)，優(yōu)化各區(qū)水量分配，提高了冷卻均勻性。

3 主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

煉鋼廠在運(yùn)行高效制造平臺(tái)過程中，不斷挖掘企業(yè)潛力，盡最大程度發(fā)揮設(shè)備潛能，生產(chǎn)成本大幅下降，鑄坯生產(chǎn)效率顯著提高，鑄坯質(zhì)量明顯提升。2021年上半年異型坯制造平臺(tái)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表4。

表4 異型坯高效制造平臺(tái)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì) %

4 結(jié) 語(yǔ)

通過異型坯高效制造平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，異型坯生產(chǎn)效率和質(zhì)量控制穩(wěn)定性顯著提升。

(1)通過開發(fā)應(yīng)用開發(fā)長(zhǎng)壽命工作層新技術(shù)，使異型坯中間包壽命提升至50 h以上，異型坯連鑄機(jī)作業(yè)率達(dá)96%以上。

(2)通過開發(fā)應(yīng)用KR高效脫硫、轉(zhuǎn)爐高碳低氧位出鋼、轉(zhuǎn)爐出鋼全程吹氬和硅鎮(zhèn)靜鋼LF精煉高效處理等技術(shù)，使鋼水潔凈度顯著提高，連鑄機(jī)拉速穩(wěn)定性顯著提高，恒拉速合格率達(dá)到99.5%以上。

(3)通過開發(fā)應(yīng)用連鑄機(jī)結(jié)晶器穩(wěn)態(tài)澆注等技術(shù)，連鑄機(jī)結(jié)晶器液面波動(dòng)合格率顯著提高，鑄坯質(zhì)量顯著提升。