薄板坯連鑄耐候鋼的穩(wěn)定澆鑄研究

高永春， 高小堯， 侯明山， 耿 偉

（河鋼集團(tuán)唐鋼公司， 河北 唐山 063016）

河鋼集團(tuán)唐鋼公司（全文簡(jiǎn)稱唐鋼）一鋼軋廠1810產(chǎn)線連鑄機(jī)在生產(chǎn)耐候鋼Q355GNH板坯時(shí)，時(shí)常出現(xiàn)冷齒黏結(jié)的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了澆鑄狀態(tài)的穩(wěn)定性，增加了廢品和次品的比例，同時(shí)也增加了漏鋼的風(fēng)險(xiǎn)。因此解決耐候鋼在澆鑄過(guò)程中冷齒黏結(jié)現(xiàn)象對(duì)生產(chǎn)的穩(wěn)定性具有重大的指導(dǎo)意義。

1 1810產(chǎn)線連鑄機(jī)工藝參數(shù)

唐鋼一鋼軋廠1810產(chǎn)線連鑄機(jī)是由達(dá)涅利設(shè)計(jì)的FTSC薄板坯連鑄機(jī)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)厚度為65 mm、70 mm、85 mm，寬度為1 000～1 680 mm，年產(chǎn)能力300萬(wàn)t，工作拉速為3.0～6.0 m/min，二冷采用LTM自動(dòng)控制系統(tǒng)。主要生產(chǎn)低碳鋼，高碳鋼，低合金高強(qiáng)鋼，硅鋼等，其具體工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 唐鋼1810連鑄基本參數(shù)

2 Q355GNH板坯工藝

唐鋼Q355GNH板坯生產(chǎn)流程：鐵水預(yù)處理—轉(zhuǎn)爐—LF精煉—1810連鑄，Q355GNH鋼種化學(xué)成分見(jiàn)表2。

表2 唐鋼Q355GNH化學(xué)內(nèi)控成分 %

3 冷齒發(fā)生機(jī)理

鋼液在結(jié)晶器中在冷卻水的作用下靠近結(jié)晶器銅板位置率先凝固為固態(tài)坯殼，在此過(guò)程中體積收縮坯殼脫離結(jié)晶器中間的空隙由熔化的保護(hù)渣填充。鋼液在結(jié)晶器中的整個(gè)凝固過(guò)程即為鋼液向外傳熱過(guò)程，當(dāng)鋼液在結(jié)晶器中傳熱不均時(shí)，致使局部坯殼向內(nèi)褶皺離開(kāi)結(jié)晶器銅板，在熱相圖上顯示為冷齒，熱相圖顯示的冷齒如圖1所示。冷齒是出現(xiàn)坯殼凹陷、裂紋等質(zhì)量缺陷的表現(xiàn)，甚至較為嚴(yán)重的冷齒會(huì)導(dǎo)致漏鋼事故的發(fā)生。

圖1 冷齒熱相圖

4 造成冷齒的主要因素

4.1 鋼液溫度

鋼液溫度對(duì)澆鑄狀態(tài)有較大的影響[1]，鋼液溫度的高低會(huì)直接影響保護(hù)渣的融化效果同時(shí)也會(huì)影響坯殼在結(jié)晶器內(nèi)的生長(zhǎng)。唐鋼Q355GNH鋼種液相線為1 522℃，中包澆鑄溫度范圍為1 540～1 555℃。經(jīng)過(guò)大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖2所示。

從圖2中發(fā)現(xiàn)當(dāng)鋼水溫度在1 540～1 545℃和1 545～1 550℃時(shí)冷齒黏結(jié)發(fā)生率較高，分別達(dá)到23.25%和22.06%，而溫度在1 550～1 555℃時(shí)冷齒黏結(jié)發(fā)生率較低為9.30%。這是因?yàn)楫?dāng)鋼液溫度過(guò)低時(shí)保護(hù)渣的熔化效果較差，無(wú)法較好地均勻補(bǔ)充坯殼與結(jié)晶器之間的空隙，致使傳熱不均造成冷齒。

圖2 溫度與冷齒發(fā)生率的關(guān)系

4.2 鋼液成分

鋼液的C含量是影響薄板坯連鑄澆鑄狀態(tài)最為重要的因素之一[2]，當(dāng)C含量在包晶范圍內(nèi)時(shí)，鋼液在凝固過(guò)程中會(huì)發(fā)生包晶反應(yīng)，液相鋼液與δ鐵素體生成γ奧氏體即L+δ→γ。此反應(yīng)過(guò)程中相變收縮極大，因此在連鑄過(guò)程中應(yīng)盡量避免包晶反應(yīng)的發(fā)生。而唐鋼1810線為H形漏斗狀結(jié)晶器的薄板坯連鑄，其特有的結(jié)晶器形狀加之包晶反應(yīng)收縮極易導(dǎo)致結(jié)晶器內(nèi)部傳熱不均，從而發(fā)生冷齒。

按爐次對(duì)鋼液C含量與冷齒發(fā)生率之間的關(guān)系進(jìn)行了相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)圖3。發(fā)現(xiàn)當(dāng)成品w（C）≤0.065%時(shí)，冷齒發(fā)生率為9.09%；而當(dāng)成品w（C）＝0.065%時(shí)，冷齒發(fā)生率明顯升高冷齒達(dá)到了24.56%。在w（C）＞0.065%時(shí)，鋼液在凝固過(guò)程中可能發(fā)生了包晶反應(yīng)，體積收縮比較大，又加之薄板坯連鑄拉速快，冷卻強(qiáng)度大，因此造成了結(jié)晶器內(nèi)傳熱不均，發(fā)生了較為頻繁的冷齒現(xiàn)象。

圖3 鋼液C含量與冷齒發(fā)生率的關(guān)系

4.3 保護(hù)渣

結(jié)晶器保護(hù)渣對(duì)鋼液在結(jié)晶器內(nèi)的傳熱起著至關(guān)重要的作用，保護(hù)渣浮在鋼液上，熔化成液渣滲入凝固坯殼與結(jié)晶器之間的縫隙中，形成渣膜。保護(hù)渣能潤(rùn)滑坯殼，同時(shí)還能調(diào)節(jié)結(jié)晶器和凝固坯殼之間的熱流，減少熱流波動(dòng)。若保護(hù)渣效果不好很可能造成傳熱不均從而導(dǎo)致冷齒的形成[3]。目前唐鋼Q355GNH使用兩種保護(hù)渣其理化性質(zhì)見(jiàn)表3。

表3 保護(hù)渣理化性質(zhì)

按爐次對(duì)結(jié)晶器保護(hù)渣進(jìn)行了相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如27頁(yè)圖4所示，發(fā)現(xiàn)使用M1保護(hù)渣效果較好，黏結(jié)率較低為10.14%，而4060W保護(hù)渣效果較差，黏結(jié)率較高，達(dá)到了23.6%。

5 結(jié)論

1）鋼液溫度直接影響保護(hù)渣的熔化，從而影響結(jié)晶器內(nèi)鋼液傳熱，根據(jù)唐鋼實(shí)際情況，溫度控制在1 550～1 555℃即過(guò)熱度控制在28～33℃之間最為合理。

2）C含量是影響鋼液凝固收縮最主要的因素，為避免鋼液在結(jié)晶器內(nèi)的包晶反應(yīng)，將成品的w（C）控制在0.045%～0.065%之間。

圖4 保護(hù)渣與冷齒發(fā)生率的關(guān)系

3）根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析與該鋼種適用的保護(hù)渣粘度不宜過(guò)低，熔點(diǎn)在1 100℃左右。