宣鋼生產(chǎn)大方坯品種鋼的連鑄工藝實(shí)

宣鋼生產(chǎn)大方坯品種鋼的連鑄工藝實(shí)踐劉永軍席玉軍張明海（河北鋼鐵集團(tuán)宣鋼公司煉鋼廠，河北宣化075100）摘要本文介紹了宣鋼煉鋼廠為滿足大方坯品種鋼生產(chǎn)需要，對(duì)6號(hào)連鑄機(jī)進(jìn)行的設(shè)備改造及品種鋼生產(chǎn)工藝優(yōu)化，和改進(jìn)后大方坯品種鋼的質(zhì)量提升效果。關(guān)鍵詞連鑄機(jī)大方坯品種鋼質(zhì)量宣鋼煉鋼廠于2006年10月份投產(chǎn)了1201轉(zhuǎn)爐一130tLF—12流方坯連鑄機(jī)生產(chǎn)線，以生產(chǎn)普鋼為主。2007年底公司進(jìn)行品種結(jié)構(gòu)調(diào)整，將該生產(chǎn)線的6號(hào)連鑄機(jī)轉(zhuǎn)為生產(chǎn)大方坯200X285mm斷面品種鋼。針對(duì)大方坯品種鋼生產(chǎn)的需要，煉鋼廠組織力量對(duì)6號(hào)連鑄機(jī)的設(shè)備進(jìn)行了改造優(yōu)化，滿足了大方坯品種鋼的質(zhì)量要求。目前該生產(chǎn)線大方坯品種鋼月產(chǎn)量在3萬噸以上，熱頂鍛合格率、低倍合格率達(dá)到99%以上，軋材退廢大幅度降低。本文對(duì)6號(hào)連鑄機(jī)的大方坯品種鋼適應(yīng)性改造及大方坯品種鋼生產(chǎn)工藝優(yōu)化做簡(jiǎn)單介紹。工藝流程及主要裝備參數(shù)宣鋼煉鋼廠轉(zhuǎn)爐優(yōu)鋼生產(chǎn)工藝流程為：9001混鐵爐一1201LD轉(zhuǎn)爐一1301LF精煉爐一12流方坯連鑄機(jī)。連鑄機(jī)主要裝備技術(shù)參數(shù)如表1所示。表16號(hào)連鑄機(jī)主要裝備技術(shù)參數(shù)參數(shù)機(jī)型十二機(jī)十二流全弧形方坯連鑄機(jī)鑄坯斷面150mmX150mm,165mmX165mm,200X285mm鑄機(jī)弧形半徑R9m流間距1.2m中間包液面工作液面：800mm；溢流高度：900mm定尺范圍7.2?11.9m振動(dòng)形式偏心輪四連桿冶金長(zhǎng)度25.14米切割形式：火焰切割引錠稈剛性下裝式結(jié)晶器銅管長(zhǎng)度900mm澆注鋼種：Q235B、Q345TB、Q420TB、45#、20管、37Mn5、20CrMnTi鑄機(jī)設(shè)備適應(yīng)性改造結(jié)晶器改造（1） 加強(qiáng)結(jié)晶器水縫的安裝檢測(cè)，滿足結(jié)晶器水縫的精度要求，確保鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)的均勻冷卻。（2） 足輥轉(zhuǎn)動(dòng)部件用滾動(dòng)軸承，采用連鑄機(jī)專用耐高溫潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活；足輥弧度的調(diào)整通過旋轉(zhuǎn)足輥架上的定位和調(diào)整螺栓來實(shí)現(xiàn)，調(diào)整范圍大，并且調(diào)整起來更加方便快捷。（3） 足輥配淋集管采用環(huán)管式結(jié)構(gòu)，將各噴淋集管聯(lián)為整體，剛性好、不易變形，一般不用調(diào)整，能夠有效保證應(yīng)有的強(qiáng)冷卻效果。二冷改造（1）二冷一段全部安裝密排輥，采用密排輥夾持連鑄工藝。通過安裝使用密排輥架以后，在其他工藝參數(shù)保持不變的情況下，鑄坯寬面鼓肚得以控制到205mm以下，雖然增加了更換斷面檢修的難度，但是鑄坯外觀質(zhì)量有了根本保證，并且可在此基礎(chǔ)上根據(jù)澆鑄鋼種調(diào)整拉速及二冷強(qiáng)度，進(jìn)一步提高鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量。（2） 二冷系統(tǒng)、壓縮空氣管路及閥門全部采用不銹鋼的，消除因普通管路銹蝕雜物造成的噴嘴堵塞。（3） 將全水冷卻改造為氣霧冷卻，滿足優(yōu)鋼生產(chǎn)要求。（4） 對(duì)三段噴淋管噴嘴間距長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，使生產(chǎn)時(shí)的工藝水量與噴嘴的設(shè)計(jì)水量相適應(yīng)，提高了配水的有效性。（5） 在原二冷水中配加軟水，形成半軟水，半軟水的硬度為小于14德國(guó)度，能有效的防止二冷水過熱結(jié)垢避免噴嘴堵塞。澆注系統(tǒng)改造將目前的塞棒自動(dòng)控制升級(jí)為塞棒自動(dòng)控制和拉矯自動(dòng)控制雙系統(tǒng)運(yùn)行，可有效的減少單流事故，提高鑄坯質(zhì)量。品種鋼生產(chǎn)工藝優(yōu)化3.1低過熱度澆注合理控制中間包鋼液的過熱度是減輕鑄坯中心偏析和縮孔缺陷的基礎(chǔ)，過熱度對(duì)鑄坯中心偏析有明顯的影響。由于連鑄鋼水的過熱度直接影響鑄坯柱狀晶的生長(zhǎng)，而柱狀晶發(fā)達(dá)是產(chǎn)生疏松，縮孔，偏析的主要原因。通過加強(qiáng)鋼包周轉(zhuǎn)管理，強(qiáng)化烘烤措施，大包加蓋等措施，減少并穩(wěn)定了鋼包溫降。鋼水過熱度達(dá)到了5土。C控制水平，中間包鋼水過熱度控制在20—30°C。3.2全程保護(hù)澆注為了減少鋼水溫降和鋼水二次氧化，鑄機(jī)采用全程保護(hù)澆注措施，大包至中包采用保護(hù)套管吹氬密封，并增加氬氣流量計(jì)。大包長(zhǎng)水口、浸入水口增加纖維密封墊，減少水口接縫吸氣。中間包采用堿性覆蓋劑，有利于減少溫降和促進(jìn)夾雜物的上浮吸收。3.3優(yōu)化保護(hù)渣針對(duì)鋼種成分及特點(diǎn)開發(fā)專用結(jié)晶器保護(hù)渣，改善結(jié)晶器潤(rùn)滑和傳熱，改善鑄坯表面質(zhì)量。保護(hù)渣液渣層達(dá)到10mm以上，有較強(qiáng)的吸附夾雜能力，可有效提高表面質(zhì)量，減少鋼中夾雜。增加保護(hù)渣在線烘烤設(shè)施，將水分控制在0.4%以下，避免因保護(hù)渣造成的鋼種氣體含量高的問題。恒拉速、低拉速澆注鑄機(jī)拉速不穩(wěn)定，造成二冷水水量的忽大忽下，影響鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量的均質(zhì)化，易造成縮孔、疏松等缺陷；拉速變化大，鋼水液面出現(xiàn)波動(dòng)，易造成卷渣，影響鑄坯內(nèi)部質(zhì)量。通過采用塞棒自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了拉速的恒定，提高了鑄坯內(nèi)部質(zhì)量?？刂评賹?duì)鑄坯內(nèi)裂有較大影響，實(shí)踐表明，適當(dāng)降低拉速可減輕機(jī)械應(yīng)力，增加坯殼厚度，縮短液芯長(zhǎng)度和減少鑄坯內(nèi)裂紋。6號(hào)連鑄機(jī)弧形半徑小，且為單點(diǎn)矯直，生產(chǎn)優(yōu)鋼存在先天缺陷，針對(duì)優(yōu)鋼生產(chǎn)較多的200X285斷面，鑄坯易出現(xiàn)矯直裂紋，采用低拉速澆注是必需的。3.5采用弱冷工藝連鑄的冷卻包括結(jié)晶器一次冷卻和二冷段二次冷卻，結(jié)晶器內(nèi)的一次冷卻目的是形成足夠厚度的坯殼，以支持由鋼水內(nèi)部產(chǎn)生的靜壓力；二冷段的二次冷卻目的是使帶液芯的鑄坯完全凝固，而不使鑄坯產(chǎn)生質(zhì)量缺陷。采用弱冷工藝能有效減少由于熱應(yīng)力引起的表面裂紋和內(nèi)部裂紋等缺陷，弱冷工藝首先要從結(jié)晶器冷卻抓起，然后與二冷弱冷配合才能取得事半功倍的效果。首先采用結(jié)晶器弱冷，品種鋼的一冷水水量比普鋼降低10%，適當(dāng)提高進(jìn)出水溫差，增強(qiáng)結(jié)晶器內(nèi)初生坯殼的均勻性。結(jié)晶器水縫水流速為5-8m/s(水縫尺寸為4mm)將出現(xiàn)間歇沸騰，對(duì)于低碳鋼水速小于6m/s、中碳鋼水速小于9m/s，會(huì)在結(jié)晶器冷面引起間歇沸騰。水速大于10m/s可抑制間歇沸騰，但導(dǎo)出熱流的增加被坯殼與銅壁之間的氣隙熱阻所抵消，生產(chǎn)200X285mm斷面品種鋼的結(jié)晶器水縫水流速定為18-20m/s，對(duì)應(yīng)的結(jié)晶器水流量設(shè)定為134-149m3/h,比普鋼降低10%,結(jié)晶器采用弱冷制度可以滿足坯殼生長(zhǎng)的均勻性。結(jié)晶器冷卻水進(jìn)水溫度的高低在一定程度上決定了結(jié)晶器壁和鑄坯坯殼之間的溫度梯度。它代表了在結(jié)晶器冷卻水流量和冷卻面積不變的情況下結(jié)晶器銅板的冷卻能力。結(jié)晶器進(jìn)水溫度低，與銅板的溫度梯度大，由銅板導(dǎo)出的熱量多，結(jié)晶器平均熱流大，造成彎月面下平均熱流大，加劇了鋼水在結(jié)晶器內(nèi)的傳熱不均，導(dǎo)致鑄坯坯殼生長(zhǎng)不均勻。對(duì)于要求緩冷的大斷面品種鋼，提高冷卻水進(jìn)水溫度，就變相滿足了緩冷的要求。但結(jié)晶器冷卻水的進(jìn)水溫度也不能無限制的提高，因?yàn)槔鋮s水溫度升高后，很有可能在局部達(dá)到水的形核沸騰，使得結(jié)晶器導(dǎo)出熱流不均勻。研究得出合適的結(jié)晶器進(jìn)水溫度在35°C左右。降低二冷比水量，目前比水量在0.3L/Kg左右。3.6中間包浸入式水口浸入式水口對(duì)中不好、水口插入深度太淺或過深都易引起鋼水沖刷初生坯殼而增加不均勻性，造成卷渣，必須嚴(yán)格控制。目前中包水口插入深度穩(wěn)定控制在80-100mm,對(duì)中偏差小于5mm。由于中包無升降功能、中間包高度無法調(diào)整，通過增減中間包兩側(cè)橫梁墊板來調(diào)整中間包高度，杜絕了由于包殼變形等原因造成的浸入深度不足或過深，利于結(jié)晶器內(nèi)鋼水流場(chǎng)的穩(wěn)定和鋼中夾雜物的上浮與鑄坯質(zhì)量的提高。采用高壽命鋁鋯碳質(zhì)浸入式水口，水口壽命已由原來的3小時(shí)提高到現(xiàn)在的6?8小時(shí)，減少水口更換次數(shù)，每個(gè)流由原來每班更換3?4支水口減少為1支，甚至不換，大大降低了鑄坯卷渣幾率。3.7提高設(shè)備維護(hù)質(zhì)量針對(duì)連鑄機(jī)二冷系統(tǒng)管路銹蝕嚴(yán)重，噴嘴堵塞較多、、二冷支撐輥磨損變形、零段足輥轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活、中包水口不對(duì)中、插入深度較低等問題，專門成立連鑄機(jī)設(shè)備整治攻關(guān)組，確定改進(jìn)方案，利用定修及停機(jī)時(shí)間有計(jì)劃地進(jìn)行逐一整改。目前，通過持續(xù)改造，零段供水管路已全部采用了不銹鋼管路，消除了零段噴嘴堵塞現(xiàn)象；定期更換二冷輥，確保使對(duì)弧精度控制在0.5mm以內(nèi)，二冷系統(tǒng)設(shè)備精度得到根本提高。3.8完善質(zhì)量控制體系制定質(zhì)量提升計(jì)劃，實(shí)施差錯(cuò)管理制度，對(duì)連鑄工序中間包溫度、噴嘴堵塞、中包水口對(duì)中、浸入水口插入深度、保護(hù)澆鑄等多個(gè)參數(shù)進(jìn)行差錯(cuò)考核，實(shí)現(xiàn)過程控制參數(shù)群的穩(wěn)定，以此保證鑄坯質(zhì)量穩(wěn)定。建立鑄坯低倍檔案、低倍內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)鋼每爐每流都有坯樣，及時(shí)掌握鑄坯內(nèi)部質(zhì)量情況。建立軋材質(zhì)量日反饋制度，每天了解軋材質(zhì)量信息，對(duì)出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷及時(shí)分析整改，實(shí)現(xiàn)了鑄坯

質(zhì)量的動(dòng)態(tài)控制。（4）推行崗位標(biāo)準(zhǔn)化操作，規(guī)范員工的操作細(xì)節(jié)。對(duì)于大規(guī)格控鋁圓鋼表面出現(xiàn)微裂紋的連鑄工藝探討經(jīng)過鑄機(jī)設(shè)備適應(yīng)性改造及工藝優(yōu)化以后，優(yōu)質(zhì)碳素鋼鑄坯合格率大幅度提高，但是對(duì)于控鋁優(yōu)質(zhì)品種鋼軋材表面出現(xiàn)的大量微裂紋目前工藝無法克服，理論分析研究表明軋材表面質(zhì)量取決于軋件在熱軋過程中晶粒邊界析出物的數(shù)量和形態(tài)。這些析出物會(huì)在材料熱變形過程中阻礙晶界移動(dòng)，從而在這些位置產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力。當(dāng)這些位置的應(yīng)力超過極限應(yīng)力時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生裂紋。熱軋時(shí)軋材的溫度在650-1000°C的范圍內(nèi)，在這個(gè)溫度范圍內(nèi)，諸如氮化鋁（A1N）、氮化硼（BN）、碳氮化釩（VCN）、及碳氮化鈮（NbCN）等“析出物會(huì)嚴(yán)重降低金屬的延展性。其中，影響最大的析出物是氮化鋁（AlN）。不過，在鑄坯的凝固過程中，這些析出物的數(shù)量是可以控制的。在均勻的奧氏體結(jié)構(gòu)中，AlN的析出是非常緩慢的。但是，相向相的相變會(huì)顯著提高析出的速度。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是在鐵素體中，AlN的溶解度非常低。研究表明，出現(xiàn)最大析出率的溫度范圍在750-900C之間，具體則取決于鋼種的化學(xué)成分。一般來說，這個(gè)溫度范圍在圖1中的Ar至Ar之間。在直接熱裝過程中，有一種方法可以有效控制AlN的析出，即確保鑄坯在連鑄到熱軋輸送的過程中，其表面溫度始終高于Ar3值，但在鑄坯輸送到加熱爐的實(shí)際生產(chǎn)過程中，鑄坯表面溫度經(jīng)常落在Ar至A—之間，就會(huì)在晶粒邊界伴隨相鐵素體產(chǎn)生大量的AlN析出。Ar3Ar〕a+pearlite\Ar3Ar〕a+pearlite\圖1AIN在相變中的析出過程為了避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，采用表面淬火是一種十分穩(wěn)妥且靈活的措施。經(jīng)過表面淬火后，鑄坯表面的溫度可以冷卻到300°C以下。顯微鏡試驗(yàn)顯示，經(jīng)過淬火處理后，在約20mm的鑄坯表面會(huì)形成細(xì)密的回火馬氏體結(jié)構(gòu)層。與未經(jīng)冷卻處理的內(nèi)部組織相比，表面的這層結(jié)構(gòu)要精細(xì)很多。在鑄坯由淬火箱經(jīng)過火切機(jī)，進(jìn)入出坯輥道的過程中，其表面因冷卻形成的馬氏體層會(huì)被鑄坯中心傳導(dǎo)出的熱量進(jìn)行回火。經(jīng)過這樣一個(gè)過程，在鑄坯外表層就可以形成一層致密穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。經(jīng)過這樣的處理，鑄坯在加熱后，會(huì)形成很好的晶粒尺寸，而且在晶粒邊界僅有少量的AlN析出。從而避免了在熱軋過程中，由于A1N析出所造成的奧氏體晶粒邊界延展性的顯著降低。6號(hào)鑄機(jī)經(jīng)過工藝設(shè)備技術(shù)改造后，由原來的普鋼連鑄機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)鋼鑄機(jī)，大大改善了鑄坯低倍組織，杜絕了中間裂紋、角裂等缺陷，大大降低了鑄坯脫方、疏松、縮孔等缺陷的幾率；通過不斷工藝優(yōu)化，軋材熱頂鍛合格率、低倍合格率大幅度降低。2008年12月份，熱頂鍛合格率99.8%，低倍合格率99