小方坯連鑄機(jī)高拉速生產(chǎn)實踐

關(guān)文博， 宋文生， 王利勇， 王 崢， 朱 嘉

（山西建邦集團(tuán)通才工貿(mào)有限公司， 山西 曲沃 043400）

隨著連鑄設(shè)備和生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，連鑄鋼坯—熱裝/熱送—加熱爐—軋制的生產(chǎn)模式已經(jīng)趨于成熟，而隨著薄板坯熱軋帶鋼的鑄軋一體化生產(chǎn)模式（ESP）已經(jīng)開始商業(yè)化應(yīng)用，小方坯的連鑄—直接軋制的生產(chǎn)模式也取得了明顯的進(jìn)步，其在提高鋼鐵產(chǎn)能、降低生產(chǎn)成本方面優(yōu)勢逐漸凸顯。為了保證軋制成品的性能滿足要求，需要直軋的鋼坯溫度符合軋制工藝要求。因此，為了保證鋼坯溫度，連鑄的高拉速成為該生產(chǎn)模式下需要重點解決的問題。

但是隨著連鑄拉速的提高，鑄坯液芯變細(xì)且長，補(bǔ)縮更加困難，內(nèi)部質(zhì)量迅速惡化[1]，高級別的縮孔、疏松等鋼坯缺陷對后續(xù)的軋制，甚至成品的質(zhì)量都會造成惡劣的影響；此外，高拉速意味著結(jié)晶器液面波動加劇，結(jié)晶器保護(hù)渣的消耗降低，結(jié)晶器銅管與坯殼間的保護(hù)渣膜的穩(wěn)定性和均勻性可能降低，從而造成坯殼在結(jié)晶器內(nèi)傳熱不均、摩擦阻力增大，導(dǎo)致坯殼黏結(jié)和裂紋，增加工藝漏鋼風(fēng)險[2]。因此，連鑄拉速的提高，需要對鋼坯質(zhì)量和生產(chǎn)順行綜合考慮。

1 生產(chǎn)現(xiàn)狀

1.1 鑄機(jī)基本參數(shù)

山西建邦集團(tuán)通才工貿(mào)有限公司煉鋼廠現(xiàn)有60 t 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐3 座，70 t 精煉爐2 座，六機(jī)六流方坯連鑄機(jī)3 座，斷面分別為150 mm×150 mm和160 mm×160 mm。主要生產(chǎn)鋼種為Q195、Q235、HPB300、HRB400（E）、HRB500E、MG335、MG400、MG500、30MnSi、45-75 鋼、SWRH82B 等。其中1 號連鑄機(jī)的設(shè)計基本參數(shù)見表1。

1.2 高拉速下存在的問題

表1 連鑄機(jī)基本參數(shù)

目前1 號連鑄機(jī)主要以生產(chǎn)螺紋鋼HRB400E為主，在改造之前生產(chǎn)拉速約為2.5～3.0 m/min?，F(xiàn)有裝備和工藝條件下，當(dāng)拉速大于3.0 m/min 時，鑄坯十分容易發(fā)生角裂、內(nèi)裂、脫方等缺陷；嚴(yán)重時，出現(xiàn)漏鋼和軋制頭部開裂等事故，嚴(yán)重制約了連鑄機(jī)產(chǎn)能的釋放，影響了后道工序。為充分發(fā)揮煉鋼生產(chǎn)能力，保證軋鋼的順利軋制，有必要對主要生產(chǎn)螺紋鋼的小方坯連鑄機(jī)進(jìn)行高拉速適應(yīng)性改造。

2 改進(jìn)措施

2.1 相關(guān)理論計算

限制拉坯速度的主要因素是坯殼出結(jié)晶器下口的安全厚度，以及鑄機(jī)的冶金長度。其中出結(jié)晶器的安全坯殼厚度也稱之為最小坯殼厚度[3]。將鑄坯坯殼的安全厚度取值為10 mm，以小方坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)坯殼生長近似服從凝固定律：

式中：K為凝固系數(shù)，般選擇20～24 mm/min1/2，此處取值23 mm/min1/2；L為結(jié)晶器有效長度，取0.8 m；δ為安全坯殼厚度，取10 mm。由此，按保證結(jié)晶器出口具有安全坯殼厚度，則在保證出結(jié)晶器坯殼厚度的前提下連鑄最大拉速Vm1=4.2 m/min。

1 號連鑄機(jī)在設(shè)計時按冶金長度L為35 m，鑄機(jī)的凝固系數(shù)為28 mm/min1/2，D為鋼坯厚度160 mm，按凝固凝固定律估算，其計算式如式（2）。

計算連鑄最大拉速Vm2=4.3 m/min。

從相關(guān)理論計算可以看出，1 號連鑄機(jī)的最大拉速能達(dá)到4.3 m/min，因此最重要的是如何保證高拉速下鋼坯的質(zhì)量。

2.2 結(jié)晶器調(diào)整

結(jié)晶器是鋼水初凝成形的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，俗稱鑄機(jī)心臟。其設(shè)計合理性及制造質(zhì)量對連鑄機(jī)的生產(chǎn)順行和鑄坯質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用。在1 號連鑄前期提高拉速的生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)拉速高于2.8 m/min之后，鑄坯的脫方現(xiàn)象明顯增加，在排除了二冷段噴水不均、注流偏斜等因素之后，發(fā)現(xiàn)其主要原因產(chǎn)生于結(jié)晶器冷卻的不均，因此對結(jié)晶器進(jìn)行專項調(diào)整：

1）調(diào)整結(jié)晶器的錐度。從原來的0.58%/m 提高到0.82%/m（使用結(jié)晶器錐度測量儀測量數(shù)據(jù)），減少了新生坯殼與結(jié)晶器銅壁之間的氣隙，保證了傳熱均勻，增加了坯殼厚度。

2）控制合理的結(jié)晶器水流量：隨著拉速的提高，結(jié)晶器的熱流密度明顯增加，為了控制結(jié)晶器水溫差，防止結(jié)晶器銅壁的局部沸騰，適當(dāng)增加結(jié)晶器水流量，從原來的140 t/h 增加至150 t/h，控制水溫差在7～9 ℃。

表2 原始銅管與新銅管的錐度變化

2.3 結(jié)晶器保護(hù)渣的優(yōu)化

結(jié)晶器保護(hù)渣在高拉速生產(chǎn)中扮演著十分重要的角色：良好的潤滑能保證鋼坯順利脫模，減少漏鋼，改善表面質(zhì)量；良好的傳熱保證了坯殼厚度，緩解了脫方程度。為了實現(xiàn)這兩大目標(biāo)，將結(jié)晶器保護(hù)渣w（MgO）提高到1.87%左右，w（F）量增加到6%左右，w（Al2O3）控制在3%～5%，保證結(jié)晶保護(hù)渣有低熔點、低黏度、高熔速的特點，耗量也從0.18 kg/t 鋼提高到0.31 kg/t 鋼。實踐證明，改進(jìn)后的結(jié)晶器保護(hù)渣鋪展性良好、化渣均勻穩(wěn)定，渣層連鑄坯表面質(zhì)量良好。

表3 結(jié)晶器保護(hù)渣優(yōu)化

2.4 二冷配水的優(yōu)化

連鑄二次冷卻的作用是對鑄坯表面進(jìn)行強(qiáng)制均勻冷卻，使鑄坯能在較短的時間內(nèi)控制冷卻和控制凝固，減少坯殼過薄漏鋼的現(xiàn)象[3]。二冷區(qū)冷卻一般要求鑄坯冷卻速度小于200 ℃/m，坯殼回溫小于100 ℃/m，同時高拉速生產(chǎn)為了減少鑄坯生產(chǎn)過程中漏鋼和降低進(jìn)拉矯機(jī)的溫度，需要提高連鑄機(jī)的二次冷卻強(qiáng)度，為此需要對二冷配水進(jìn)行優(yōu)化。

在優(yōu)化前，1 號連鑄使用的二冷配水偏強(qiáng)，拉速在2.5 m/min 以下時的比水量為1.1～1.2 L/kg，導(dǎo)致鋼坯出現(xiàn)嚴(yán)重的內(nèi)裂，見圖1。而在高拉速區(qū)間（3.5 m/min 以上），比水量為1.3～1.4 L/kg，導(dǎo)致矯直溫度高達(dá)1 180 ℃，因此為了保證低拉速下的鋼坯質(zhì)量和高拉速下合適的矯直溫度，對二冷配水調(diào)整如下頁表4。

圖1 鋼坯內(nèi)裂

3 取得效果

1）鑄機(jī)拉速明顯提升。1 號連鑄機(jī)在進(jìn)行改造和優(yōu)化之后，經(jīng)過一年時間的生產(chǎn)實踐，拉速可穩(wěn)定達(dá)到3.8 m/min，最大拉速達(dá)到了4.0 m/min。

表4 新二冷配水

2）煉鋼廠的產(chǎn)能釋放。2018 年6 月—10 月1 號連鑄產(chǎn)量為38.40 萬t；優(yōu)化后，2019 年6 月至10 月1 號連鑄產(chǎn)量達(dá)到54.32 萬t，同比增長了41.45%，為煉鋼廠的產(chǎn)能釋放作出了重大貢獻(xiàn)。

3）降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度。隨著拉速的提升，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度有了大幅降低，從2018 年6 月至10 月的平均出鋼溫度1 690 ℃降低到2019 年6 月至10 月的1 640 ℃，有效的支持了煉鋼廠的降本增效工作。

4）低倍質(zhì)量正常，無明顯脫方現(xiàn)象，軋鋼工序無頭部“開花”現(xiàn)象，矯直溫度控制在900～1 150 ℃。

4 結(jié)論

1）通過對1 號連鑄小方坯連鑄機(jī)的設(shè)備改造和參數(shù)調(diào)整，主要對連鑄結(jié)晶器調(diào)整、保護(hù)渣的優(yōu)化等一系列的措施，成功地將連鑄平均拉速從原來的3.0m/min 提高到3.8m/min，最大拉速達(dá)到了4.0m/min。

2）同時釋放煉鋼產(chǎn)能，2019 年6 月至10 月相比2018 年6 月至10 月產(chǎn)量增加了41.45%，轉(zhuǎn)爐出鋼溫度平均降低近50 ℃，有效的支持了煉鋼廠的降本增效工作。

3）鋼坯質(zhì)量穩(wěn)定可控。