天鐵煉鋼廠圓坯質量的提高

楊文軍，李曉平

（天津天鐵冶金集團有限公司煉鋼廠，河北056404）

0 引言

天鐵公司煉鋼廠圓坯連鑄機自建成投產以來，陸續(xù)出現(xiàn)了表面裂紋、氣泡、夾雜、彎曲、橢圓度超標等質量缺陷，僅氣孔廢品經修磨精整后仍有相當一部分鑄坯因修磨深度超標而報廢。在雨季氣孔缺陷最嚴重時，修磨后報廢比例高達80%以上，單批次產品最大報廢量超過300 t，致使勞動強度急劇上升。裂紋嚴重引起漏鋼后，鋼水單耗成本隨之增加，鑄機作業(yè)率偏低，對標時發(fā)現(xiàn)這些指標與同行相比差距很大。因而在煉鋼廠開展了提質降耗攻關活動，以控制圓坯質量缺陷，提高圓坯質量合格率。

1 圓坯連鑄機工藝參數

工藝路線：轉爐鋼水→LF 精煉爐→連鑄；

轉爐公稱容量：45 t；

機型：一機五流，多點矯直弧型連鑄機；

斷面：Ф150 mm，Ф180 mm，Ф210 mm；

定尺長度：6～10 m；

鑄機弧形半徑：9 m；

冶金長度：24 m；

流間距：1 300 mm；

結晶器類型：管式弧形結晶器安裝外置式電磁攪拌及液面檢測裝置；

銅管：長850 mm 內表面鍍鉻，磷脫氧銅；

振動：無干擾復式全板簧振動；

振幅：0～6 mm（連續(xù)可調）；

振頻：50～274 次/min（變頻調速）；

中間包容量：24～28 t T 形（含擋渣墻）。

2 原因分析

2.1 鋼水成分對圓坯質量的影響

（1）P＞0.017%，鋼的高溫強度和塑性顯著降低；S＞0.015%，造成鋼的熱脆，鋼的高溫強度和塑性大大降低，低熔點Fe-FeS 共晶體（熔點985 ℃）成網狀分布于晶界處，造成晶界的破裂,成為裂紋起源。若鋼水中Pb、As 等微量元素超標也會增加裂紋敏感性[1]。

（2）當鋼液中[O]＞（100～150）×10-6、[N]＞（120～150）×10-6或[H]＞（6～8）×10-6時，則鋼在凝固過程中極可能產生氣孔[1]。經我廠技術人員實際測定，LF 爐處理后，鋼中[O]含量為（20～40）×10-6、[N]含量為（50～80）×10-6，且連鑄結晶器保護渣中水分含量均在0.5%以下，由此排除了以上可能導致鑄坯產生表面氣孔的原因。

后來我廠購進了專用定氫設備，對轉爐出鋼后和LF 爐精煉后鋼液中的[H]含量進行了測定，85%以上爐次[H]含量都超過6×10-6，由此確定鋼液中[H]含量過高是導致圓管坯產生表面氣孔質量缺陷的根本原因。

我廠所煉圓坯鋼種全部經過LF 爐精煉，出鋼時在鋼包內加入合成渣及白灰進行渣洗脫氧脫硫工藝，為精煉造白渣創(chuàng)造條件。排查工序操作發(fā)現(xiàn)在空氣中放置兩天的精煉白灰吸水量可高達18%以上，致使出鋼時加入造渣物料的爐次和不加的爐次相比，鋼水[H]含量相差2×10-6～4×10-6。

（3）另外鋼中氧、鋁含量高，容易造成鋼水發(fā)粘、流動性差，中間包水口結瘤，結晶器液面上下波動頻繁，會使結晶器彎月面處坯殼薄厚不均勻，進而產生裂紋、夾渣和橢圓度超標等缺陷，見圖1。

2.2 結晶器對圓坯質量的影響

（1）結晶器內部存在0.7～1.2 MPa 的水壓，密封結構的合理性對于結晶器使用中的安全性及保證生產順利進行至關重要[2]。我廠橢圓度超標在更換結晶器后廢品情況明顯減輕。下線拆檢后發(fā)現(xiàn)結晶器銅管過燒，其密封結構不合理，內水套與外水套分水腔處密封不嚴密，水縫不均勻。

（2）結晶器振幅大、偏擺嚴重時也會使彎月面處鋼液波動程度大，易發(fā)生鑄坯裂紋。振動參數實測：北側/南側振幅均為±4.5 mm，偏擺分別為0.10 mm/0.06 mm，均在正常范圍。但是在平穩(wěn)性測評時發(fā)現(xiàn)保護渣和撈出來的渣球散落到振動板簧上，導致振動有卡阻。

（3）連鑄機采用了結晶器電磁攪拌，在電磁力作用下，鋼水旋轉促使氣體和夾雜物向中心集中上浮，提高了表面和皮下清潔度[2]。但是我廠生產過程中發(fā)現(xiàn)電磁攪拌漏水時圓坯廢品率偏高，在維修電磁攪拌時調小了電流強度，結晶器液面卷渣出現(xiàn)結疤廢品的頻次減少。

（4）開澆操作不熟練，手動時間長。因人員老化調崗、分流頻繁，開澆操作時新手不熟練，為控制結晶器液面，手動起步時間長，對30 個流次開澆操作進行了跟蹤統(tǒng)計，情況如表1 所示。

表1 開澆統(tǒng)計表

2.3 保護渣對圓坯質量的影響

圖2 為φ210 mm 斷面圓坯表面質量與保護渣熔化溫度、熔化速度的關系[3]。由圖2（a）可見，對于φ210 mm 斷面的圓坯，當熔化溫度在1 130～1 230℃時，鑄坯表面質量較好。熔化溫度＞1 230 ℃或＜1 130 ℃時，鑄坯易產生表面縱裂。要防止縱裂的發(fā)生，就要將φ210 mm 斷面保護渣的熔化溫度控制在1 150 ℃左右。

由圖2（b）可見，當保護渣熔速大于50 s 時，圓坯易發(fā)生縱裂，保護渣熔速在40～50 s 范圍內，鑄坯的表面質量較好。

圖1 圓坯裂紋同鋼水Al 含量點陣圖

2.4 耐材對圓坯質量的影響

（1）水口浸入深度會改變結晶器內流場見圖3。水口插入過深，會使雜質、氣泡上浮慢；過淺易造成結晶器內液面翻騰，破壞保護渣三層結構，影響保護渣作用的正常發(fā)揮，導致潤滑、傳熱不良，增大拉鋼過程中的拉應力。加上電磁攪拌漏水或冷卻不均，頻繁出現(xiàn)漏鋼、縱裂。

圖2 保護渣熔化溫度和熔化速度與表面裂紋關系圖

圖3 結晶器內流場分布圖

（2）中間包烘烤時間過長，包蓋打結料掉落，包底涂抹偏厚，高于水口頂部，打結料在上水口碗部聚集，阻礙塞棒下移，塞棒被氧化掉塊，與浸入式水口咬合不嚴密，結晶器液面波動超過要求，造成鋼液出現(xiàn)偏流，使坯殼厚度不均勻從而產生廢品。

（3）因水口烘烤不良、澆鋼時間長，水口崩裂或渣線部位穿孔，引起結晶器液面不穩(wěn)，造成鑄坯表面渣坑和裂紋。

3 控制措施

（1）對轉爐進行了復吹改造，改造后爐內攪拌充分，吹煉終點碳氧積降低，同時調整轉爐出鋼脫氧劑加入種類及加入量。

（2）規(guī)范LF 爐精煉過程各階段底吹供氬強度。鋼水軟吹10 min，鎮(zhèn)靜5 min，精煉后喂硅鈣線，若碳含量偏低，喂鋁線。

（3）入爐原料在入爐前先進行水分檢測和溫火烘烤，去除內部的水汽，降低鋼水中[H]含量。

（4）改造結晶器，水套、銅管之間安裝8 個×2 組計16 個鎖緊螺釘以調整固定水縫。利用0 型密封圈不受外力的特點，密封內水套與外水套的分水腔處、液位檢測裝置及噴淋水管。上、下法蘭采用康卡斯特和達涅利結構形式密封。

（5）將結晶器使用壽命控制在1 000 t 左右，到期就更換。適當地降低結晶器水量，以抑制坯殼過早收縮，減輕初生坯殼收到的應力，使鑄坯凹陷得到有效改善。

（6）采用多點矯直技術，選擇輥型最佳的輥子，并根據生產情況隨時調整拉矯壓力。將壓痕控制在1 mm 以下，鑄坯矯直時延伸率控制在0.15%以下。

（7）同時調整結晶器保護渣，使液渣層厚度在8~10 mm，液渣消耗均勻。依據保護渣熔化溫度和熔化速度對裂紋的影響確定φ210 mm 斷面選用B 廠調整成分后的YD-6#保護渣；φ150 mm 斷面選用B廠調整成分后的YX-1#保護渣。

（8）及時更換、清理、維護包蓋，嚴格控制包底涂抹厚度，避免了雜物聚集在水口碗部。聯(lián)系廠家進行座磚、水口改型，加高座磚，延長水口（見圖4）。

（9）安裝水口在結晶器上方或對中臺進行，中間包烘烤前與開澆前再次檢驗對中情況，防止因中間包車行走偏移造成對中不良。同時改進水口烘烤裝置，水口外包裹加厚纖維氈，提高保溫效果，澆鋼過程中變換渣線位置澆鋼，浸入深度按120~150 mm 控制。

圖4 中包座磚、水口改造前后對比圖

4 結語

經過上述一系列措施的實施，圓坯的質量合格率由91.2%提高到98.4%，鑄機作業(yè)率上升2%。轉爐復吹改造后，提高了吹煉過程反應速度，熔池攪拌更加均勻，噸鋼石灰消耗量明顯降低，鋼鐵料消耗平均比單一頂吹轉爐減少4 kg/t 鋼。同時，廢品量的下降降低了鋼坯精整工的勞動強度，獲得了較好的經濟效益。