宣钢生产大方坯品种钢的连铸工艺实

宣钢生产大方坯品种钢的连铸工艺实践刘永军席玉军张明海（河北钢铁集团宣钢公司炼钢厂，河北宣化075100）摘要本文介绍了宣钢炼钢厂为满足大方坯品种钢生产需要，对6号连铸机进行的设备改造及品种钢生产工艺优化，和改进后大方坯品种钢的质量提升效果。

关键词连铸机大方坯品种钢质量宣钢炼钢厂于2006年10月份投产了120t转炉—130tLF—12流方坯连铸机生产线，以生产普钢为主。

2007年底公司进行品种结构调整，将该生产线的6号连铸机转为生产大方坯200×285mm断面品种钢。

针对大方坯品种钢生产的需要，炼钢厂组织力量对6号连铸机的设备进行了改造优化，满足了大方坯品种钢的质量要求。

目前该生产线大方坯品种钢月产量在3万吨以上，热顶锻合格率、低倍合格率达到99%以上，轧材退废大幅度降低。

本文对6号连铸机的大方坯品种钢适应性改造及大方坯品种钢生产工艺优化做简单介绍。

1 工艺流程及主要装备参数宣钢炼钢厂转炉优钢生产工艺流程为：900t混铁炉→120tLD转炉→130tLF精炼炉→12流方坯连铸机。

连铸机主要装备技术参数如表1所示。

表 1 6号连铸机主要装备技术参数参数机型十二机十二流全弧形方坯连铸机铸坯断面150mm×150mm,165mm×165mm,200×285mm铸机弧形半径R9m流间距 1.2m中间包液面工作液面：800mm；溢流高度：900mm定尺范围7.2～11.9m振动形式偏心轮四连杆冶金长度25.14米切割形式：火焰切割引锭秆刚性下装式结晶器铜管长度900mm浇注钢种：Q235B、Q345TB、Q420TB、45#、 20管、37Mn5、20CrMnTi2 铸机设备适应性改造2.1 结晶器改造（1）加强结晶器水缝的安装检测，满足结晶器水缝的精度要求，确保铸坯在结晶器内的均匀冷却。

（2）足辊转动部件用滚动轴承，采用连铸机专用耐高温润滑脂润滑，转动灵活；足辊弧度的调整通过旋转足辊架上的定位和调整螺栓来实现，调整范围大，并且调整起来更加方便快捷。

（3）足辊配淋集管采用环管式结构，将各喷淋集管联为整体，刚性好、不易变形，一般不用调整，能够有效保证应有的强冷却效果。

2.2 二冷改造（1）二冷一段全部安装密排辊，采用密排辊夹持连铸工艺。

通过安装使用密排辊架以后，在其他工艺参数保持不变的情况下，铸坯宽面鼓肚得以控制到205mm以下，虽然增加了更换断面检修的难度，但是铸坯外观质量有了根本保证，并且可在此基础上根据浇铸钢种调整拉速及二冷强度，进一步提高铸坯的内部质量。

（2）二冷系统、压缩空气管路及阀门全部采用不锈钢的，消除因普通管路锈蚀杂物造成的喷嘴堵塞。

（3）将全水冷却改造为气雾冷却，满足优钢生产要求。

（4）对三段喷淋管喷嘴间距长度进行调整优化，使生产时的工艺水量与喷嘴的设计水量相适应，提高了配水的有效性。

（5）在原二冷水中配加软水，形成半软水，半软水的硬度为小于14德国度，能有效的防止二冷水过热结垢避免喷嘴堵塞。

2.3 浇注系统改造将目前的塞棒自动控制升级为塞棒自动控制和拉矫自动控制双系统运行，可有效的减少单流事故，提高铸坯质量。

3 品种钢生产工艺优化3.1 低过热度浇注合理控制中间包钢液的过热度是减轻铸坯中心偏析和缩孔缺陷的基础，过热度对铸坯中心偏析有明显的影响。

由于连铸钢水的过热度直接影响铸坯柱状晶的生长，而柱状晶发达是产生疏松，缩孔，偏析的主要原因。

通过加强钢包周转管理，强化烘烤措施，大包加盖等措施，减少并稳定了钢包温降。

钢水过热度达到了5±℃控制水平，中间包钢水过热度控制在20—30℃。

3.2 全程保护浇注为了减少钢水温降和钢水二次氧化，铸机采用全程保护浇注措施，大包至中包采用保护套管吹氩密封，并增加氩气流量计。

大包长水口、浸入水口增加纤维密封垫，减少水口接缝吸气。

中间包采用碱性覆盖剂，有利于减少温降和促进夹杂物的上浮吸收。

3.3优化保护渣针对钢种成分及特点开发专用结晶器保护渣，改善结晶器润滑和传热，改善铸坯表面质量。

保护渣液渣层达到10mm以上，有较强的吸附夹杂能力，可有效提高表面质量，减少钢中夹杂。

增加保护渣在线烘烤设施，将水分控制在0.4%以下，避免因保护渣造成的钢种气体含量高的问题。

3.4 恒拉速、低拉速浇注铸机拉速不稳定，造成二冷水水量的忽大忽下，影响铸坯的内部质量的均质化，易造成缩孔、疏松等缺陷；拉速变化大，钢水液面出现波动，易造成卷渣，影响铸坯内部质量。

通过采用塞棒自动控制系统，实现了拉速的恒定，提高了铸坯内部质量。

控制拉速对铸坯内裂有较大影响，实践表明，适当降低拉速可减轻机械应力，增加坯壳厚度，缩短液芯长度和减少铸坯内裂纹。

6号连铸机弧形半径小，且为单点矫直，生产优钢存在先天缺陷，针对优钢生产较多的200×285断面，铸坯易出现矫直裂纹，采用低拉速浇注是必需的。

3.5采用弱冷工艺连铸的冷却包括结晶器一次冷却和二冷段二次冷却，结晶器内的一次冷却目的是形成足够厚度的坯壳，以支持由钢水内部产生的静压力；二冷段的二次冷却目的是使带液芯的铸坯完全凝固，而不使铸坯产生质量缺陷。

采用弱冷工艺能有效减少由于热应力引起的表面裂纹和内部裂纹等缺陷，弱冷工艺首先要从结晶器冷却抓起，然后与二冷弱冷配合才能取得事半功倍的效果。

（1）首先采用结晶器弱冷，品种钢的一冷水水量比普钢降低10%，适当提高进出水温差，增强结晶器内初生坯壳的均匀性。

结晶器水缝水流速为5-8 m/s（水缝尺寸为4mm）将出现间歇沸腾，对于低碳钢水速小于6 m/s、中碳钢水速小于9 m/s，会在结晶器冷面引起间歇沸腾。

水速大于10 m/s可抑制间歇沸腾，但导出热流的增加被坯壳与铜壁之间的气隙热阻所抵消，生产200×285mm断面品种钢的结晶器水缝水流速定为18-20 m/s，对应的结晶器水流量设定为134-149m3/h，比普钢降低10%，结晶器采用弱冷制度可以满足坯壳生长的均匀性。

结晶器冷却水进水温度的高低在一定程度上决定了结晶器壁和铸坯坯壳之间的温度梯度。

它代表了在结晶器冷却水流量和冷却面积不变的情况下结晶器铜板的冷却能力。

结晶器进水温度低，与铜板的温度梯度大，由铜板导出的热量多，结晶器平均热流大，造成弯月面下平均热流大，加剧了钢水在结晶器内的传热不均，导致铸坯坯壳生长不均匀。

对于要求缓冷的大断面品种钢，提高冷却水进水温度，就变相满足了缓冷的要求。

但结晶器冷却水的进水温度也不能无限制的提高，因为冷却水温度升高后，很有可能在局部达到水的形核沸腾，使得结晶器导出热流不均匀。

研究得出合适的结晶器进水温度在35℃左右。

（2）降低二冷比水量，目前比水量在0.3L/Kg左右。

3.6中间包浸入式水口浸入式水口对中不好、水口插入深度太浅或过深都易引起钢水冲刷初生坯壳而增加不均匀性，造成卷渣，必须严格控制。

目前中包水口插入深度稳定控制在80-100mm，对中偏差小于5mm。

由于中包无升降功能、中间包高度无法调整，通过增减中间包两侧横梁垫板来调整中间包高度，杜绝了由于包壳变形等原因造成的浸入深度不足或过深，利于结晶器内钢水流场的稳定和钢中夹杂物的上浮与铸坯质量的提高。

采用高寿命铝锆碳质浸入式水口，水口寿命已由原来的3小时提高到现在的6～8小时，减少水口更换次数，每个流由原来每班更换3～4支水口减少为1支，甚至不换，大大降低了铸坯卷渣几率。

3.7提高设备维护质量针对连铸机二冷系统管路锈蚀严重，喷嘴堵塞较多、、二冷支撑辊磨损变形、零段足辊转动不灵活、中包水口不对中、插入深度较低等问题，专门成立连铸机设备整治攻关组，确定改进方案，利用定修及停机时间有计划地进行逐一整改。

目前，通过持续改造，零段供水管路已全部采用了不锈钢管路，消除了零段喷嘴堵塞现象；定期更换二冷辊，确保使对弧精度控制在0.5mm以内，二冷系统设备精度得到根本提高。

3.8完善质量控制体系（1）制定质量提升计划，实施差错管理制度，对连铸工序中间包温度、喷嘴堵塞、中包水口对中、浸入水口插入深度、保护浇铸等多个参数进行差错考核，实现过程控制参数群的稳定，以此保证铸坯质量稳定。

（2）建立铸坯低倍档案、低倍内部标准。

优钢每炉每流都有坯样，及时掌握铸坯内部质量情况。

（3）建立轧材质量日反馈制度，每天了解轧材质量信息，对出现的质量缺陷及时分析整改，实现了铸坯质量的动态控制。

（4）推行岗位标准化操作，规范员工的操作细节。

4 对于大规格控铝圆钢表面出现微裂纹的连铸工艺探讨经过铸机设备适应性改造及工艺优化以后，优质碳素钢铸坯合格率大幅度提高，但是对于控铝优质品种钢轧材表面出现的大量微裂纹目前工艺无法克服，理论分析研究表明轧材表面质量取决于轧件在热轧过程中晶粒边界析出物的数量和形态。

这些析出物会在材料热变形过程中阻碍晶界移动，从而在这些位置产生机械应力。

当这些位置的应力超过极限应力时，便会产生裂纹。

热轧时轧材的温度在650-1000℃的范围内，在这个温度范围内，诸如氮化铝（AlN）、氮化硼（BN）、碳氮化钒（VCN）、及碳氮化铌（NbCN）等N析出物会严重降低金属的延展性。

其中，影响最大的析出物是氮化铝（AlN）。

不过，在铸坯的凝固过程中，这些析出物的数量是可以控制的。

在均匀的奥氏体结构中，AlN的析出是非常缓慢的。

但是，相向相的相变会显著提高析出的速度。

产生这一现象的原因是在铁素体中，AlN的溶解度非常低。

研究表明，出现最大析出率的温度范围在750-900℃之间，具体则取决于钢种的化学成分。

一般来说，这个温度范围在图1中的Ar1至Ar3之间。

在直接热装过程中，有一种方法可以有效控制AlN的析出，即确保铸坯在连铸到热轧输送的过程中，其表面温度始终高于Ar3值，但在铸坯输送到加热炉的实际生产过程中，铸坯表面温度经常落在Ar3至Ar1之间，就会在晶粒边界伴随相铁素体产生大量的AlN析出。

图1 AlN在相变中的析出过程为了避免上述现象的发生，采用表面淬火是一种十分稳妥且灵活的措施。

经过表面淬火后，铸坯表面的温度可以冷却到300°C以下。

显微镜试验显示，经过淬火处理后，在约20mm的铸坯表面会形成细密的回火马氏体结构层。

与未经冷却处理的内部组织相比，表面的这层结构要精细很多。

在铸坯由淬火箱经过火切机，进入出坯辊道的过程中，其表面因冷却形成的马氏体层会被铸坯中心传导出的热量进行回火。

经过这样一个过程，在铸坯外表层就可以形成一层致密稳定的结构。

经过这样的处理，铸坯在加热后，会形成很好的晶粒尺寸，而且在晶粒边界仅有少量的AlN析出。

从而避免了在热轧过程中，由于AlN析出所造成的奥氏体晶粒边界延展性的显著降低。

5 结语6号铸机经过工艺设备技术改造后，由原来的普钢连铸机转变为优钢铸机，大大改善了铸坯低倍组织，杜绝了中间裂纹、角裂等缺陷，大大降低了铸坯脱方、疏松、缩孔等缺陷的几率；通过不断工艺优化，轧材热顶锻合格率、低倍合格率大幅度降低。