張明亮

在鋼鐵生產(chǎn)領(lǐng)域當(dāng)中，連鑄坯的類型較多，比如板坯、方坯、矩形坯、圓坯等。不同類型的坯，特點(diǎn)有所不同。以板坯為例，主要表現(xiàn)為截面寬、高比值大，主要用于板材軋制；對于方坯來說，主要表現(xiàn)為截面寬、高相等，或者無明顯差別，主要應(yīng)用在型鋼、線材軋制等方面。在鋼鐵生產(chǎn)過程中，保證連鑄坯的質(zhì)量至關(guān)重要。但是，從現(xiàn)狀來看，鋼鐵連鑄坯存在較為明顯的技術(shù)缺陷問題，比如：鐵水脫硫能力偏低、結(jié)晶系統(tǒng)有待完善、難以將高質(zhì)量板坯生產(chǎn)出來。由此可見，為了提高連鑄坯質(zhì)量，則有必要實(shí)施有效的技術(shù)改造策略。鑒于此，本文圍繞“鋼鐵提高連鑄坯質(zhì)量的技術(shù)改造”展開分析探討價值意義顯著。

1 連鑄坯技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的作用概述

從鋼鐵生產(chǎn)層面分析，涉及的主要工作流程為煉鐵、煉鋼、軋鋼。其中，對于煉鋼來說，涵蓋了冶煉與澆鑄，在冶煉過程中，即利用冶煉技術(shù)，將化學(xué)指標(biāo)合格、質(zhì)量與相關(guān)要求相符的鋼水提煉出來。澆鑄則把提煉的鋼水通過鑄造工藝，鑄造為表面平整、致密、內(nèi)部純凈的固體鋼坯。通過煉鋼工藝的實(shí)施，可將固體鋼坯產(chǎn)生出來，要想保證固體鋼坯的質(zhì)量，則需確保澆鑄質(zhì)量達(dá)標(biāo)。在煉鋼期間，澆鑄為一大核心工序，若澆鑄期間存在操作失誤，或受到相關(guān)因素影響，使?jié)茶T未能達(dá)標(biāo)，在此情況下，通過冶煉獲得的鋼水成品可能被廢棄，這樣便會造成資源損失。值得注意的是，與冶煉鋼水環(huán)節(jié)比較，澆鑄環(huán)節(jié)產(chǎn)生的損失明顯更大。

基于鋼鐵工業(yè)發(fā)展層面分析，鑄模法在鋼坯生產(chǎn)工作中應(yīng)用廣泛，通過鑄模法的應(yīng)用，將鋼錠生產(chǎn)出來之后，通過開坯，便使鋼坯有效生產(chǎn)出來。在生產(chǎn)過程中，需把鋼水向前期準(zhǔn)備好的鐵坯當(dāng)中注入，在冷卻以后，通過脫模處理，使鋼錠有效形成，進(jìn)一步在開坯的基礎(chǔ)上，使鋼坯有效形成。處于整體生產(chǎn)期間，生產(chǎn)工序復(fù)雜程度高，且缺乏連貫性，效率偏低，再加上生產(chǎn)成本比較高，在此情況下便會使鋼鐵工業(yè)發(fā)展受到很大程度的阻礙。

對于鋼鐵連鑄坯技術(shù)來說，其關(guān)鍵工序在于把鋼水朝不同形狀的水冷結(jié)晶器當(dāng)中注入，使特定形狀要求的鋼坯有效形成。在連鑄坯技術(shù)的應(yīng)用下，可突破傳統(tǒng)澆鑄工藝模式成本高的局限，使鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。此外，隨著連鑄坯技術(shù)的不斷進(jìn)步及發(fā)展，使得鋼鐵連鑄坯在鋼鐵行業(yè)當(dāng)中得到廣泛的應(yīng)用，且為冶金行業(yè)發(fā)展提供了有效科學(xué)技術(shù)支持?？傊?，連鑄坯技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的作用顯著，技術(shù)先進(jìn)、成本低，可提高鋼鐵生產(chǎn)質(zhì)量。因此，連鑄坯技術(shù)值得推廣及應(yīng)用。

2 鋼鐵連鑄坯技術(shù)缺陷分析

在上述分析中，不難發(fā)現(xiàn)連鑄坯技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的作用顯著。但是，從現(xiàn)狀來看，鋼鐵連鑄坯技術(shù)應(yīng)用過程中尚且存在一些有待解決的技術(shù)缺陷問題?？偨Y(jié)起來，具體缺陷問題如下。

2.1 連鑄坯表面縱裂紋，會影響軋制產(chǎn)品質(zhì)量

如長300mm、深2.5mm的縱裂紋在軋制板材上留下1125mm的分層缺陷?？v裂紋嚴(yán)重時會造成拉漏和廢品。研究指出：縱裂紋發(fā)源于結(jié)晶器初生坯殼厚度的不均勻。作用于坯殼拉應(yīng)力超過鋼的允許強(qiáng)度，在坯殼薄弱處產(chǎn)生應(yīng)力集中導(dǎo)致斷裂，出結(jié)晶器后在二次冷卻區(qū)擴(kuò)展。產(chǎn)生縱裂紋的原因有：水口與結(jié)晶器不對中而產(chǎn)生偏流沖刷凝固殼；保護(hù)渣熔化性能不良、液渣層過厚或過薄導(dǎo)致渣膜厚薄不均，使局部凝固 殼過薄。液渣層＜10mm，縱裂紋明顯增加；結(jié)晶器液面波動。液面波動＞10mm，縱裂發(fā)生幾率30%；鋼中S+P含量。鋼中S＞0.02%，P＞0.017%，鋼的高溫強(qiáng)度和塑性明顯降低，發(fā)生縱裂趨向增大；鋼中C在0.12%～0.17%，發(fā)生縱裂傾向增大。橫裂紋是位于鑄坯內(nèi)弧表面振痕的波谷處，通常是隱藏看不見的。原因有：振痕太深是橫裂紋的發(fā)源地；鋼中Al、Nb含量增加，促使質(zhì)點(diǎn)（AlN）在晶界沉淀，誘發(fā)橫裂紋；鑄坯在脆性溫度900℃～700℃矯直；二次冷卻太強(qiáng)。星狀裂紋一般發(fā)生在晶間的細(xì)小裂紋，呈星狀或網(wǎng)狀。通常是隱藏在氧化鐵皮之下難于發(fā)現(xiàn)，經(jīng)酸洗或噴丸后才出現(xiàn)在鑄坯表面。原因有：高溫鑄坯表面吸收了結(jié)晶器的銅，而銅變成液體再沿奧氏體晶界滲透所致；鑄坯表面鐵的選擇性氧化，使鋼中殘余元素（如Cu、Sn等）殘留在表面沿晶界滲透形成裂紋。

2.2 鐵水脫硫能力偏低

在鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)當(dāng)中，要想提升鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)水平，其前提在于促進(jìn)鐵水脫硫能力的提升。然而，長時間實(shí)踐背景下，通過技術(shù)升級改造，雖在一定程度上促進(jìn)了鐵水脫硫能力的提升，但仍難以與鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展需求相符。與此同時，在節(jié)能降耗、綠色環(huán)保等可持續(xù)發(fā)展理念背景下，還需逐步提升鐵水脫硫技術(shù)工藝水平，才能夠使環(huán)保要求得到有效滿足。結(jié)合鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐工作發(fā)現(xiàn)，采取優(yōu)質(zhì)鐵水脫硫，有助于鋼材質(zhì)量的提升，還有助于企業(yè)效益的提升。因此，針對目前鐵水脫硫能力偏低問題，需重視鐵水脫硫技術(shù)的引進(jìn)及應(yīng)用，在保證鋼鐵企業(yè)鋼材產(chǎn)品質(zhì)量及銷售量提升的基礎(chǔ)上，帶動鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)穩(wěn)步、可持續(xù)發(fā)展。

2.3 結(jié)晶系統(tǒng)有待完善

從現(xiàn)狀來看，國內(nèi)選擇應(yīng)用的結(jié)晶器系統(tǒng)通常＜700mm，液面高度在600mm左右。然而，因國內(nèi)鑄機(jī)缺少液面自動控制裝置，在振動裝置上也較為滯后，使得具體冶煉期間易出現(xiàn)振幅偏低或偏高的情況，再加上冷卻水量比較小，水縫設(shè)計(jì)缺乏合理性，在此情況下，便會使鑄坯的質(zhì)量受到很大程度的影響，并使?fàn)t機(jī)匹配銜接、拉坯速度受到較大程度的影響。并且，基于二次系統(tǒng)冷卻以后，國內(nèi)鑄機(jī)儀表在可靠性方面較差，難以使二次冷卻閉環(huán)控制目標(biāo)得到有效實(shí)現(xiàn)。此外，從目前來看，國內(nèi)鑄機(jī)自動化設(shè)備較為滯后，信息化程度尚且有待提升，部分設(shè)備零部件訂購的難度很大，在難以及時修復(fù)或無法修復(fù)的情況下，則會大大影響機(jī)械的精密程度，使鑄機(jī)正常運(yùn)行受阻，進(jìn)一步使鑄坯的質(zhì)量受到很大程度的影響。

2.4 難以將高質(zhì)量板坯生產(chǎn)出來

對于全弧形鑄機(jī)來說，鑄坯內(nèi)夾雜物分布不夠均衡，是非常明顯的一大缺陷。與此同時，還存在不容易上浮的缺陷，夾雜物聚集于內(nèi)弧度1/4部位，鑄坯單點(diǎn)彎曲矯直，內(nèi)部易產(chǎn)生裂紋。再加上內(nèi)外弧冷卻缺乏均勻性，在此情況下會產(chǎn)生鑄坯中心偏析的現(xiàn)象。而在經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展過程中，對鋼材質(zhì)量也提出了越來越高的要求。因此，對于鑄坯當(dāng)中夾雜物聚集，會對鋼材冶煉造成較大的影響。從現(xiàn)狀來看，西方發(fā)達(dá)國家熱衷應(yīng)用直弧型鑄機(jī)，使直弧形鑄機(jī)處于鋼材冶煉當(dāng)中的應(yīng)用價值得到不斷提升。

需注意的是，處于冶煉期間，中間容量偏小。在此情況下，會造成鋼水停留的時間較短，使鋼水當(dāng)中夾雜物、鋼液難以得到有效清除。在中間容量偏小的情況下，便會影響多爐澆鑄造成影響。期間，若換成大容量，則需適當(dāng)降低拉胚的速度。而對于鋼水液面來說，一般在臨界高度澆鑄環(huán)節(jié)當(dāng)中，在此情況下，易使鋼液殘?jiān)纬?。從國?nèi)來看，大容量澆鑄環(huán)節(jié)缺少鋼水下渣監(jiān)控技術(shù)的支持，使全過程鋼液澆鑄工藝難以有效實(shí)現(xiàn)，從而使一定量的鋼材引發(fā)二次氧化的情況，使鋼材冶煉的純度受到較大程度的影響。

2.5 鑄機(jī)單點(diǎn)矯直問題

結(jié)合相關(guān)計(jì)算公式，在坯的厚度為250mm的情況下，拉坯的速度為每分鐘1m，此時單點(diǎn)矯直變化為0.5%，并且此值屬于綜合應(yīng)變允許值。因此，當(dāng)鑄機(jī)澆鑄250mm厚的鑄坯情況下，需將拉速維持在每分鐘1m范圍內(nèi)?？紤]到帶液芯矯直得到有效防止，需設(shè)置偏低的拉坯速度，但在此情況下會造成鑄機(jī)和轉(zhuǎn)爐銜接匹配的難度大大增加，在轉(zhuǎn)爐達(dá)80t的情況下，顱機(jī)匹配問題便會顯著存在，在溫度難以合理控制的基礎(chǔ)上，便會使鑄坯的質(zhì)量受到很大程度的影響，進(jìn)一步使鑄機(jī)運(yùn)行的可靠性及安全性受到影響。

3 鋼鐵連鑄坯技術(shù)改造策略分析

為解決鋼鐵連鑄坯技術(shù)缺陷問題，需落實(shí)有效的改造策略。具體而言，鋼鐵連鑄坯技術(shù)改造策略具體如下。

3.1 提升鐵水脫硫能力水平

為了提升鐵水脫硫能力，需對噴吹式脫硫站進(jìn)行構(gòu)建，結(jié)合鋼鐵企業(yè)的具體情況，通過全新的噴吹式脫硫站的構(gòu)建，結(jié)合脫硫技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，確保脫硫之后鐵水含量能夠＜0.01%。對于深脫硫任務(wù)來說，則由其他脫硫站負(fù)責(zé)。需注意的是，需選取價格低廉、無需特殊防護(hù)的氧化鈣（CaO）脫硫劑，如此可以使成本得到有效節(jié)省，并使鐵水脫硫效果得到有效提升。

與此同時，還有必要進(jìn)行機(jī)械攪拌式脫硫站的增設(shè)，以原有機(jī)械攪拌式脫硫技術(shù)為基礎(chǔ)，在逐步創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，確保能夠與現(xiàn)代鋼鐵冶煉技術(shù)發(fā)展相適應(yīng)。并且，針對脫硫處理前后鐵水降溫情況，需合理科學(xué)控制好，與噴吹式處理方法比較，機(jī)械攪拌式脫硫站處理的效果更優(yōu)，應(yīng)用液壓式攪拌系統(tǒng)為國產(chǎn)機(jī)械設(shè)備，部分設(shè)備的零部件可以共用，在此情況下有助于建設(shè)成本的節(jié)省?？傮w而言，在優(yōu)化建設(shè)脫硫站的基礎(chǔ)上，能夠降低建設(shè)成本，控制人力資源，使生產(chǎn)效率提升，進(jìn)而確保鐵水脫硫能力水平的全面提升。

3.2 優(yōu)化鑄機(jī)改造

從鋼鐵連鑄技術(shù)提升角度考慮，優(yōu)化鑄機(jī)改造顯得非常重要。在鑄機(jī)改造過程中，需以企業(yè)整體規(guī)劃設(shè)計(jì)方案為依據(jù)，分步驟，且按照一定計(jì)劃加以執(zhí)行。針對之前弧形板坯鑄機(jī)存在質(zhì)量缺陷的條件下，需重視國外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)及借鑒應(yīng)用，進(jìn)行全新板坯鑄機(jī)的構(gòu)建，以此使鋼鐵冶煉技術(shù)質(zhì)量得到全面提升。

若選擇使用直弧形鑄機(jī)，需將生產(chǎn)、管理、改造資金等參數(shù)信息全面考慮在內(nèi)，選擇使用成本節(jié)約、工程量少、可行性高的改造方案，并選取性能優(yōu)良的鑄機(jī)設(shè)備。以直弧型鑄機(jī)彎矯方式的選取為例，對于具備液芯彎曲矯直的直弧型板坯鑄機(jī)，在輥列設(shè)計(jì)一般有三種類型，即：①直弧型機(jī)，由日本研究設(shè)計(jì)，具有多點(diǎn)彎曲、多點(diǎn)矯直技術(shù)特點(diǎn)；②直弧型機(jī)，由奧鋼聯(lián)設(shè)計(jì)，具有漸近彎曲、連續(xù)矯直技術(shù)特點(diǎn)；③直弧型機(jī)，由康卡斯特研究設(shè)計(jì)，具有連續(xù)彎曲及矯直的特點(diǎn)。

目前，帶液芯彎矯理論豐富，使鑄坯內(nèi)裂敏感的鑄坯兩相區(qū)變化控制技術(shù)獲得快速發(fā)展。結(jié)合相關(guān)研究成果可知，鑄坯兩相區(qū)的整體應(yīng)變大小會對鑄坯內(nèi)部裂縫產(chǎn)生較大程度的影響。因此，對于整體應(yīng)變值，需維持在較低的水平，比如普碳鋼整體應(yīng)變便需維持在0.4%～0.5%范圍內(nèi)。此外，對于直弧型鑄機(jī)，基于鑄流坯殼比較薄的情況下，在彎曲變形的影響下，會產(chǎn)生內(nèi)部裂縫質(zhì)量隱患問題。對此，可通過分節(jié)輥細(xì)輥密排連續(xù)彎曲的方式，使內(nèi)部裂縫問題避免出現(xiàn)。處于改造期間，需合理科學(xué)應(yīng)用現(xiàn)代化科學(xué)改造技術(shù)，通過連續(xù)布置的多點(diǎn)彎矯或連續(xù)（漸近）彎矯模式，以此確保鑄機(jī)優(yōu)化改造的成效得到全面提升。

3.3 合理設(shè)置鑄機(jī)參數(shù)

基于改造期間，澆鑄平臺不發(fā)生變化，廠房允許時，需確保鑄機(jī)弧形半徑和直線段高度盡量大。通常，基本弧形半徑需＞8m，直線段需＜2m。在工藝技術(shù)方面，可選用鋼包-中間包鋼流用帶氬封的長水口保護(hù)與機(jī)械化操作技術(shù)模式，在應(yīng)用鋼包水口下渣自動檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上，配套鋼包加蓋裝置、中間包水口更換技術(shù)，并且需使冷卻水量、壓力適當(dāng)增加，通過高振頻、小振幅振動技術(shù)的應(yīng)用，或采取在線停機(jī)電動調(diào)寬技術(shù)等。此外，通過二次冷卻技術(shù)的應(yīng)用，使動態(tài)控制目標(biāo)得到有效實(shí)現(xiàn)。通過電磁攪拌裝置、多功能輥縫測量技術(shù)的應(yīng)用，配合分節(jié)輥細(xì)輥密集排列方式，使鑄流導(dǎo)向輥列布置效果得到有效提升。

對于改造為直弧型板坯鑄機(jī)之后，鑄坯質(zhì)量要求為：①鑄坯合格率＞99.8%，坯表面質(zhì)量無清理率≥98%，鑄坯處于最終矯直點(diǎn)部位的表面溫度需≥900℃；②無中心線裂紋；③鑄坯厚度±2.5mm，寬度±0.5%；④翹曲度＜4mm/m，側(cè)向彎曲≤4mm/m，中間包鋼水夾雜物去除率≥65%。

3.4 提升連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量

在鑄坯高溫加工以后，部分缺陷會自行消除，但部分缺陷在未能及時有效處理的基礎(chǔ)上，會發(fā)生變形。因此，為了提升連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量，需做好鑄坯結(jié)構(gòu)控制，對鑄坯中心等軸晶區(qū)適當(dāng)擴(kuò)大，對柱狀晶生長加以限制，以此使中心疏松與中心偏析得到有效減輕。與此同時，可利用鋼水低過熱度澆鑄技術(shù)、電磁攪拌技術(shù)，促進(jìn)鑄坯質(zhì)量的提升。通過二次冷卻優(yōu)化控制，基于二次冷卻區(qū)域范圍內(nèi)，對二次冷卻水量分布采取計(jì)算機(jī)進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保矯直點(diǎn)表面溫度＞900℃，并使鑄坯表面溫度能夠維持均勻分布狀態(tài)。此外，加強(qiáng)鑄坯受力和變形控制，由于二次冷卻受力、變形會產(chǎn)生裂縫質(zhì)量隱患問題，因此需重視輥縫對中技術(shù)、壓縮澆鑄技術(shù)、彎曲矯直技術(shù)在其中的合理科學(xué)應(yīng)用，進(jìn)一步促進(jìn)連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的全面提升。當(dāng)然，還需合理控制液相穴鋼水流動，使夾雜物能夠快速上浮，在其分布均勻性得到有效維持的基礎(chǔ)上，使浸入式水口設(shè)計(jì)得到持續(xù)優(yōu)化。

3.5 對連鑄坯表面縱裂加強(qiáng)保護(hù)

對于軋制產(chǎn)品來說，其質(zhì)量會在很大程度上受到連鑄坯表面裂紋的影響，比如：對于深2.5mm、300mm的縱裂紋，基于軋制板材當(dāng)中留下的分層缺陷可達(dá)到1125mm。在裂紋較為嚴(yán)重的情況下，易導(dǎo)致產(chǎn)品拉漏，甚至是報(bào)廢。從縱裂紋發(fā)生的原因?qū)用娣治?，主要由結(jié)晶器彎月面初生坯殼厚度非均勻性引發(fā)，在坯殼拉應(yīng)力比鋼的強(qiáng)度大的情況下，便會基于地殼薄弱部位使應(yīng)力集中形成，進(jìn)一步引發(fā)斷裂質(zhì)量隱患問題。值得注意的是，在結(jié)晶器液面產(chǎn)生波動的情況下，便會引發(fā)縱裂。若液面波動＞10mm，縱裂產(chǎn)生的可能性＞30%，結(jié)晶器和水口存在差異，便會導(dǎo)致偏流，使凝固殼被沖刷。而對于保護(hù)渣來說，在未完全熔化的情況下，液渣層偏厚或者偏薄，均會導(dǎo)致渣膜厚度存在差異，使局部凝固殼比較薄，在液渣層＜10mm的情況下，縱裂紋便會顯著加大。

根據(jù)上述問題，需做好縱裂的保護(hù)，一方面對于結(jié)晶器和水口來說，需對中，將結(jié)晶器液面波動穩(wěn)定在±10mm；同時，確保結(jié)晶器錐度的準(zhǔn)確性及適宜性。另一方面，結(jié)晶器和二次冷卻區(qū)上部對弧需準(zhǔn)確，需利用熱頂結(jié)晶器，即基于彎月面區(qū)75mm銅板內(nèi)，將不銹鋼等導(dǎo)熱性差的材料鑲?cè)?，使彎月面區(qū)熱流降低50%～70%，使坯殼收縮得到有效延緩，并使凹陷有效減輕，進(jìn)一步使縱裂的發(fā)生得到最大限度控制。

4 結(jié)語

綜上所述，連鑄坯技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的作用顯著，有助于鋼鐵生產(chǎn)工作質(zhì)量的提升，可控制生產(chǎn)作業(yè)成本。但是，從現(xiàn)狀來看，鋼鐵連鑄坯技術(shù)仍存在一些缺陷問題。因此，需提升鐵水脫硫能力水平，優(yōu)化鑄機(jī)改造，并對鑄機(jī)參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置，提升連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量等?？傊嘈艔囊陨戏矫孀龊?，鋼鐵連鑄坯技術(shù)改造效果將能夠得到有效提升，進(jìn)一步為鋼鐵連鑄坯產(chǎn)品質(zhì)量的提升提供充分有效的技術(shù)支持。