降低冷軋鋼種結(jié)晶器液面波動(dòng)的工藝實(shí)踐

曹成虎，臧紅臣，劉啟龍(馬鋼股份公司第四鋼軋總廠，安徽 馬鞍山 243002)

降低冷軋鋼種結(jié)晶器液面波動(dòng)的工藝實(shí)踐

曹成虎，臧紅臣，劉啟龍(馬鋼股份公司第四鋼軋總廠，安徽 馬鞍山 243002)

摘要：結(jié)合馬鋼四鋼軋實(shí)際生產(chǎn)情況，分析了影響結(jié)晶器液面波動(dòng)的主要原因?yàn)槿舸禋辶亢凸亩?。通過采取降低塞棒吹氬量，增加二冷水量，優(yōu)化保護(hù)渣性能以及保證扇形段對中精度等工藝措施后，結(jié)晶器液面波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)差由2.52mm降低為1.36mm，從而達(dá)到提高冷軋產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞：液面波動(dòng)；吹氬量；鼓肚；工藝實(shí)踐

結(jié)晶器液面波動(dòng)對鑄坯的質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響，隨著結(jié)晶器液面波動(dòng)的惡化，容易引發(fā)結(jié)晶器鋼液卷渣，降低鋼液潔凈度增加鑄坯夾雜物含量，嚴(yán)重影響了冷軋產(chǎn)品的內(nèi)部質(zhì)量[1]~[5]，因此分析影響結(jié)晶器液面波動(dòng)的原因，采取相應(yīng)工藝措施降低結(jié)晶器液面波動(dòng)，對于提高產(chǎn)品質(zhì)量有著非常重要的意義。

1主要工藝參數(shù)

馬鋼四鋼軋冷軋鋼種主要生產(chǎn)工藝流程為：BOF-CT-LF-CC或BOF-CT-LF-RH-CC。目前有2機(jī)2流板坯連鑄機(jī)3臺(tái)，其中2#連鑄機(jī)的主要工藝參數(shù)見表1所示。

表1　連鑄機(jī)主要工藝參數(shù)

2影響液面波動(dòng)的原因分析

2.1液面波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)差

標(biāo)準(zhǔn)差是指總體各單位標(biāo)準(zhǔn)值與其平均數(shù)離差的算術(shù)平均數(shù)的平方根，它反映了組內(nèi)個(gè)體間的離散程度，是一組數(shù)據(jù)平均值分散程度的度量，計(jì)算公式如下：

(1)

式中：δ表示標(biāo)準(zhǔn)差，N表示數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，μ表示數(shù)據(jù)的平均值，x表示組內(nèi)的數(shù)據(jù)，下標(biāo)i表示第i個(gè)數(shù)據(jù)。

實(shí)際澆鑄過程中，由于按爐統(tǒng)計(jì)結(jié)晶器液面實(shí)際值的平均值與設(shè)定值總是基本相等，因此可以通過統(tǒng)計(jì)結(jié)晶器液位實(shí)際值的標(biāo)準(zhǔn)差即液面波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)差，來衡量某段時(shí)間內(nèi)結(jié)晶器液位實(shí)際值偏離設(shè)定值的程度，該數(shù)值越小，則說明結(jié)晶器液面波動(dòng)越小，結(jié)晶器液面越穩(wěn)定。

2.2塞棒吹氬量

蓄流是指連鑄過程中由于高熔點(diǎn)的脫氧產(chǎn)物(如Al2O3等)在塞棒碗口、中包水口內(nèi)壁等處富集形成高熔點(diǎn)聚合物，造成水口內(nèi)徑變小，塞棒無法控制鑄流，一旦出現(xiàn)蓄流則會(huì)引起結(jié)晶器液面劇烈波動(dòng)。

塞棒吹氬是目前防止蓄流的主要措施之一[3]，但是吹氬量過大，則氬氣泡在結(jié)晶器內(nèi)劇烈上浮溢出，反而造成結(jié)晶器鋼液面劇烈翻騰；吹氬量過小，則不能起到預(yù)防蓄流的作用。因此合適的吹氬量對生產(chǎn)的穩(wěn)定性和鋼液潔凈度都有著重要的影響。統(tǒng)計(jì)了斷面為1400mm-1600mm，拉速為1.2m/min-1.4m/min，澆鑄狀況平穩(wěn)時(shí)(澆次第二爐)，不同吹氬量下液面波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)差的變化情況，見表2所示。

表2　不同吹氬量下液面波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)表

由表2可以得到不同吹氬量對液面波動(dòng)的影響，見圖1所示。

由圖1可以看出，塞棒吹氬量變化范圍為0NL/min-10NL/min時(shí)，液面波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)差變化范圍為0.69 min-3.16 mm，隨著吹氬量的增加液面波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)差顯著增加，液面波動(dòng)狀況明顯惡化，鋼液卷渣風(fēng)險(xiǎn)得以加強(qiáng)，不利于提高鋼液潔凈度。

由圖1可以得到吹氬量和液面波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)差之間的多項(xiàng)式擬合關(guān)系式為：

δ=0.277Q2-0.009Q+0.757

(2)

式中，Q表示塞棒吹氬流量，NL·min-1。

通過公式(2)，可以針對斷面為1400 mm-1600 mm，拉速為1.2 m/min-1.4 m/min時(shí)，制定不同的吹氬量大小，從而達(dá)到控制結(jié)晶器液面波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)差，控制結(jié)晶器液面波動(dòng)的狀態(tài)，減少鋼液卷渣提高鋼液潔凈度的目的。

2.3鼓肚

連鑄過程中由于坯殼的生長不均勻性，當(dāng)較薄的坯殼離開結(jié)晶器進(jìn)入二冷區(qū)后在兩個(gè)支撐輥之間，受到鋼水靜壓力作用產(chǎn)生鼓肚，坯殼向外鼓出，造成結(jié)晶器液面下降，當(dāng)鼓肚的部位到達(dá)支撐輥后又會(huì)被重新壓下去，造成結(jié)晶器液面上升，形成周期性的液面波動(dòng)[4]，見圖2(a)所示。通過快速傅里葉變換(FFT)對液面波動(dòng)進(jìn)行分析，可以得到液面波動(dòng)的頻率fi，見圖2(b)所示。

液面波動(dòng)的周期內(nèi)鑄坯行走的長度λi與液面波動(dòng)頻率fi之間的關(guān)系為：

λi=Vc/fi

(3)

由于鑄坯行走長度與輥間距有關(guān)，但是液面波動(dòng)頻率可能是由同一時(shí)間多個(gè)鼓肚造成的液面波動(dòng)疊加而成，因此鑄坯行走長度與輥間距之間的關(guān)系[4]為：

λi=Pi/n(n∈N+)

(4)

上述公式中，λi表示鑄坯行走長度，mm；Vc表示拉坯速度，mm/s；fi表示液面波動(dòng)頻率，Hz；Pi表示輥間距，mm；n為正整數(shù)。

結(jié)合公式(3)和公式(4)，統(tǒng)計(jì)鼓肚造成的液面波動(dòng)情況，見表3所示。

表3　鼓肚造成的液面波動(dòng)情況統(tǒng)計(jì)表

由表3可以看出，鼓肚情況多發(fā)生在輥間距為262 mm-342 mm之間，說明鼓肚狀況多發(fā)生在直線段與弧形段1段之間的連接處以及弧形段1-5段之間的第一對與第二對支撐輥、第二對與第三對支撐輥之間的空隙處，因此可以采用增加直線段到弧形段5段之間的二冷水量來減少鼓肚，改善結(jié)晶器液面波動(dòng)[6]。

3采取的工藝措施

針對上述分析影響液面波動(dòng)的原因，制定了相應(yīng)的工藝改善措施。

3.1降低塞棒吹氬量

在實(shí)際生產(chǎn)超低碳鋼種過程中，為了提高鋼液潔凈度需要盡量減小塞棒吹氬量，但是吹氬量的降低會(huì)造成連澆爐數(shù)的減少增加生產(chǎn)成本，因此綜合考慮生產(chǎn)成本和鋼液潔凈度，將高級別鋼種的塞棒吹氬量由目前的6 NL·min-1-10 NL·min-1，降低為4 NL·min-1-8 NL·min-1，將連澆爐數(shù)控制在5爐以內(nèi)，將低級別的鋼種塞棒吹氬量調(diào)整到8 NL·min-1-10 NL·min-1，連澆爐數(shù)控制在8爐以內(nèi)。

3.2增加二冷水量

對于生產(chǎn)超低碳鋼種而言，當(dāng)拉速較高(≥1.6 m/min)時(shí)，出結(jié)晶器的坯殼較薄，容易出現(xiàn)鼓肚，造成結(jié)晶器液面波動(dòng)，由于超低碳鋼種對裂紋等表面缺陷不敏感，因此可以考慮增加足輥段到扇形段5段的二冷水水量，增加出結(jié)晶器后的坯殼厚度降低鼓肚發(fā)生的概率，起到降低液面波動(dòng)的目的。統(tǒng)計(jì)拉速1.6 m/min斷面230 mm×1600 mm時(shí)，不同比水量下超低碳鋼種液面波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)差的變化情況，見表4所示。

表4　不同水量下液面波動(dòng)情況統(tǒng)計(jì)表

由表4可以看出，比水量變化范圍為1.06 L/kg-1.27 L/kg時(shí)，液面波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)差變化范圍為1.26 mm-2.52 mm，平均值由2.27 mm下降為1.34 mm，降幅達(dá)到40.97%，說明隨著比水量的增加，出結(jié)晶器坯殼厚度有所增加，抵抗鋼水靜壓力造成的鼓肚能力顯著增強(qiáng)，鼓肚造成的液面波動(dòng)明顯減少，結(jié)晶器液面更加穩(wěn)定。

因此實(shí)際生產(chǎn)超低碳鋼種時(shí)，為了增加結(jié)晶器液面的穩(wěn)定性，將比水量由目前的1.06 L/kg增加到1.17 L/kg，增加幅度為10%。

3.3優(yōu)化保護(hù)渣性能

對于冷軋高強(qiáng)鋼而言，在凝固過程中由于發(fā)生包晶反應(yīng)造成凝固坯殼生長的不均性更為嚴(yán)重[1]、[6]，如果采用增加二冷水的方式來增加坯殼厚度減少鼓肚又會(huì)造成鑄坯表面形成較大的縱裂紋，所以可以采取改進(jìn)保護(hù)渣性能，減少凝固坯殼的生長不均勻性的辦法來減少鼓肚造成的液面波動(dòng)。表5為不同保護(hù)渣的主要參數(shù)表。

表5　保護(hù)渣主要參數(shù)表

圖4為優(yōu)化前后保護(hù)渣液面波動(dòng)情況對比圖。

由圖4可以看出，優(yōu)化保護(hù)渣性能后，結(jié)晶器液面波動(dòng)得到明顯改善，因鼓肚造成的規(guī)律性劇烈波動(dòng)基本消失。說明通過優(yōu)化保護(hù)渣的粘度和結(jié)晶溫度，改善了保護(hù)渣的傳熱性能，降低了包晶鋼的坯殼生長不均勻性，改善了包晶鋼的鼓肚狀況。

3.4保證扇形段對中精度

扇形段對中精度主要包括對弧精度和輥逢精度，若出現(xiàn)扇形段精度較差則會(huì)造成鑄坯在扇形段內(nèi)受到機(jī)械應(yīng)力作用發(fā)生變形或者鼓肚，則結(jié)晶器液面將呈規(guī)律性劇烈波動(dòng)，因此必須要將扇形段的精度控制在±0.5 mm以內(nèi)，若精度超過±0.5 mm，則必須手動(dòng)調(diào)整消除偏差，若偏差不能手動(dòng)消除則必須對扇形段進(jìn)行更換。

4結(jié)語

2014年9~10月之間共生產(chǎn)冷軋鋼種2176爐，采用上述措施后，冷軋鋼種液面波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)差由1.63 mm-3.56 mm下降到1.21 mm-1.61 mm，平均值由2.52 mm下降到1.36 mm，說明采取措施后有效的降低了冷軋鋼種結(jié)晶器液面波動(dòng)，對于提高冷軋產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的意義。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]干勇，倪滿森，余志祥，等.現(xiàn)代連續(xù)鑄鋼實(shí)用手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2014

[2]王志政.IF鋼板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器液面波動(dòng)原因及控制[J].連鑄，2012，1：1-3

[3]臧紅臣，劉啟龍，王志政，等.馬鋼板坯連鑄結(jié)晶器液面波動(dòng)的研究與控制[J].安徽冶金科技職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，21(2)：9

[4]Toshihiko Murakami.防止液面波動(dòng)新技術(shù)[J].鋼鐵，2004，39(增刊)：269

[5]張寧，雷洪，劉承軍，等.連鑄結(jié)晶器內(nèi)液面波動(dòng)及卷渣行為的物理模型研究[J].連鑄，2010，1：1

[6]李陽，黃泉金，張小歡，等.亞包晶鋼板坯連鑄結(jié)晶器液面波動(dòng)與控制[J].鋼鐵，2011，46(8)：44-46

Process Practice of Reducing Mold Level Fluctuation

CAO Cheng-hu, ZANG Hong-chen, LIU Qi-long

Abstract：Reduce the mold level fluctuation is great effect to improve the slab quality. According the production process of Masteel No.4 plant, argon flow and bulge are the main reasons caused mold level fluctuation. Through the process practice like reduce the stopper argon flow, increase the secondary cooling water, optimization mold power property and ensure the segment alignment and gap accuracy, then the mold level fluctuation standard deviation is decreased from 2.52mm to 1.36mm, the inclusion ratio decreased from 1.40% to 0.80%, effectively improve the quality of slab.

Key words：Mold Level Fluctuation；Argon Flow；Bulge；Process Practice

作者簡介：曹成虎，(1986-)，男，工學(xué)碩士，馬鋼股份公司第四鋼軋總廠連鑄分廠，工程技術(shù)人員。

收稿日期：2015-02-26

中圖分類號：TF777.1：TF769.9

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-9994(2015)02-0011-04