高效HPB300小方坯連鑄生產(chǎn)實(shí)踐

孫 坤

（陽(yáng)春新鋼鐵有限責(zé)任公司，廣東 陽(yáng)春 529600）

陽(yáng)春新鋼鐵有限責(zé)任公司煉鋼廠采用120t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→吹氬站→155mm*155mm小方坯連鑄機(jī)的生產(chǎn)模式生產(chǎn)HPB300鋼種，采用定徑水口、機(jī)械四連桿的振動(dòng)臺(tái)、結(jié)晶器液面自動(dòng)控制及保護(hù)渣澆鑄模式。在連鑄生產(chǎn)過程中，拉速達(dá)到3.5m/min時(shí)鑄坯脫方、低倍內(nèi)裂紋嚴(yán)重，軋制堆鋼事故頻繁，本文針對(duì)HPB300鋼種特性，優(yōu)化連鑄工藝參數(shù)，設(shè)備條件升級(jí)，拉速達(dá)到4.5m/min時(shí)方坯無脫方，低倍裂紋缺陷可控，實(shí)現(xiàn)HPB300鋼種的高效生產(chǎn)。

1 工藝設(shè)計(jì)

原工藝成分控制。

表1 HPB300鋼種所含成分

2 質(zhì)量控制情況

連鑄機(jī)為R9m弧鑄機(jī)，使用155mm*155mm結(jié)晶器銅管，銅管長(zhǎng)度1m，冷卻零段設(shè)計(jì)雙排足輥，噴嘴類型為全水壓力噴嘴，保護(hù)渣為低碳保護(hù)渣。在現(xiàn)有的設(shè)備與工藝參數(shù)條件下，生產(chǎn)出的方坯取低倍檢測(cè)，低倍缺陷如圖1、圖2，缺陷主要存在皮下裂紋、中間裂紋、角部凹陷、對(duì)角線裂紋、鼓肚等。在軋制盤條過程中表面存在大量結(jié)疤，造成大量成品判廢。

圖1 方坯低倍缺陷圖

圖2 低倍缺陷所處位置圖

3 缺陷原因分析及控制

3.1 角部裂紋

HPB300鋼種拉速達(dá)到3.5m/min時(shí)，在取鋼坯低倍樣酸洗后角部存在凹陷，距離凹陷位置皮下5mm～10mm有嚴(yán)重角部裂紋。鋼水在結(jié)晶器冷卻過程中角部二維冷卻強(qiáng)烈，優(yōu)先形成氣隙，鑄坯表面部分緊貼結(jié)晶器銅管內(nèi)壁凝固收縮，鋼水靜壓力阻止其收縮速度，產(chǎn)生拉應(yīng)力，在鑄坯拐角處應(yīng)力最大，容易造成裂紋[1]，同時(shí)本文使用結(jié)晶器配套足輥寬度135mm，低于鑄坯寬度，對(duì)出結(jié)晶器下口的鑄坯支撐強(qiáng)度不夠，鑄坯角部位置在鋼水靜壓力和熱應(yīng)力的作用下向外膨脹，角部形成明顯凹陷，且伴隨著嚴(yán)重角部裂紋的產(chǎn)生。針對(duì)角部裂紋的控制首先降低鑄坯銅管內(nèi)的角部傳熱、面部傳熱不均造成的拉應(yīng)力差異，對(duì)銅管內(nèi)腔重新設(shè)計(jì)，采用形似梅花型結(jié)構(gòu)的銅管，銅管截面積至上而下逐漸減少，銅管下部截面由原來的四個(gè)菱角變成帶有圓弧狀凸起的矩形，提高了銅管傳熱均勻性[2]；其次提高足輥支撐夾持作用，防止角部出現(xiàn)凹陷，重新設(shè)計(jì)足輥寬度，由原來的135mm調(diào)整為145mm，單排足輥調(diào)整為雙排足輥，同時(shí)改善足輥材質(zhì)，降低足輥磨損程度。經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整后的角部裂紋產(chǎn)生比例降低至5%以下。

3.2 中間裂紋

二冷區(qū)的冷卻強(qiáng)度、均勻性、各段水量的分配等直接影響連鑄坯的質(zhì)量，特別是二冷區(qū)的冷卻強(qiáng)度又與鑄坯的缺陷密切相關(guān)。由于坯殼厚度δ是隨時(shí)間的增加而增加，即δ=K*t1/2，凝固殼厚達(dá)到一定時(shí)，坯殼傳熱成為坯殼增長(zhǎng)的限制環(huán)節(jié)，坯殼厚度越大，傳熱阻力越大，溫差也越大，因而冷卻水量Q隨δ的增加而降低，即Q與δ成反比，所以在二冷區(qū)根據(jù)鑄坯的冷卻不同分成不同的冷卻區(qū)。二冷區(qū)全水噴嘴型號(hào)及各區(qū)噴嘴數(shù)量如下：

表2 二冷區(qū)全水噴嘴型號(hào)及各區(qū)噴嘴數(shù)量

在拉速達(dá)到4.0m/min時(shí)設(shè)定不同冷卻強(qiáng)度跟蹤裂紋趨勢(shì)，平均裂紋等級(jí)如下：

表3 不同冷卻強(qiáng)度下鑄坯裂紋分級(jí)

實(shí)踐證明：HPB300鋼種在強(qiáng)冷條件下冷卻強(qiáng)度比水量達(dá)到2.4L/kg，對(duì)低倍質(zhì)量無明顯改善作用，低倍裂紋等級(jí)高；在比水量低于1.7L/kg的情況下，高拉速鑄坯質(zhì)量同樣得不到保證，裂紋缺陷不能得到控制，當(dāng)比水量控至在1.7L/kg～1.8L/kg之間，連鑄生產(chǎn)拉速達(dá)到4.0m/min以上，鑄坯低倍中間裂紋等級(jí)大幅度降低，滿足高效生產(chǎn)需求。

3.3 對(duì)角線裂紋

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，當(dāng)鑄坯出現(xiàn)嚴(yán)重的脫方時(shí)，低倍酸洗樣對(duì)角線裂紋嚴(yán)重，由此可見，HPB300鋼種對(duì)角線裂紋的產(chǎn)生和鑄坯脫方有著密切關(guān)系，而常見的鑄坯脫方因素：①鋼水硫高。當(dāng)鋼水硫含量達(dá)到0.030%以上，鑄坯脫方加劇，需要嚴(yán)格控制鋼水硫含量。②結(jié)晶器銅管磨損。銅管下口磨損，錐度發(fā)生變化，鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)產(chǎn)生傳熱不均。原來的結(jié)晶器銅管在通鋼量達(dá)到6000噸時(shí)，下口磨損量超過1mm，因此對(duì)于影響銅管磨損的主要因素如鑄機(jī)弧度維護(hù)、結(jié)晶器足輥軸承磨損、保護(hù)渣的理化性能分別進(jìn)行優(yōu)化，鑄機(jī)弧度變化值控制在2mm，結(jié)晶器足輥軸承出現(xiàn)竄動(dòng)更換，保護(hù)渣降低熔點(diǎn)至1050～1100度，噸鋼消耗水平控制在0.3kg/t。③成分設(shè)計(jì)優(yōu)化。主要開展C、Mn元素對(duì)鋼水凝固狀態(tài)的影響研究來實(shí)現(xiàn)控制鑄坯脫方。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐證明，鑄坯的脫方程度隨著C含量的降低而降低，綜合我廠生產(chǎn)HPB300鋼種的實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)需要控制漏鋼事故的發(fā)生，因此對(duì)鋼水C含量設(shè)計(jì)避開鋼水的包晶反應(yīng)區(qū)，控制C含量在0.17%～0.21%。鋼水中的Mn含量提高對(duì)于控制鑄坯脫方同樣效果明顯，原有工藝參數(shù)中平均Mn含量控制在0.35%，由于我廠生產(chǎn)HPB300鋼種時(shí)，鋼水中平均S含量在0.025%，錳硫比值為10，而S高時(shí)鋼水中生成的FeS熔點(diǎn)低，分布在晶界，引起晶間脆性，容易產(chǎn)生嚴(yán)重裂紋，而當(dāng)錳硫比值大于15時(shí)，生成的MnS熔點(diǎn)高，不易形成裂紋，因此根據(jù)鋼水中硫含量的控制水平，調(diào)整Mn含量在0.55%-0.65%，降低了鑄坯脫方以及對(duì)角線裂紋的產(chǎn)生機(jī)率。

3.4 中心疏松

HPB300酸洗低倍樣中心存在明顯疏松且夾雜物含量高，對(duì)此主要采取以下控制措施：①提高連鑄鋼水的可澆性，在出鋼過程中增加硅鋁鋇20kg進(jìn)行脫氧處理，降低鋼水中的氧含量。研究表明當(dāng)Mn/Si控制在3～6時(shí)，脫氧產(chǎn)物的顆粒大，便于夾雜物上浮。原成分設(shè)計(jì)中Si含量12%～0.35%，平均值0.18%，Mn/Si約為1.75，生產(chǎn)夾雜物顆粒小，而Mn含量提高至0.55%～0.65%時(shí)，比值增加至3.33，大幅度提高了鋼水的清潔度，降低了鋼水中的夾雜物[3]。②降低連鑄中包澆鑄溫度。原來的典拉溫度為過熱度10～30度，調(diào)整澆鑄過熱度8～25度，在低溫區(qū)間8～13度拉速達(dá)到4.5m/min。

4 設(shè)備改造

4.1 振動(dòng)臺(tái)

原有連鑄機(jī)振動(dòng)臺(tái)為機(jī)械四連桿的振動(dòng)臺(tái)，其缺陷主要為振動(dòng)穩(wěn)定性不夠，容易出現(xiàn)偏振，且隨著拉速的提高偏振情況越明顯，容易造成生產(chǎn)漏鋼事故。因此對(duì)振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行改造，采用電動(dòng)缸振動(dòng)臺(tái)，設(shè)定滑脫時(shí)間為0.1s，采用低頻變幅技術(shù)，拉速達(dá)到4.5m/min時(shí)無偏振。

4.2 結(jié)晶器

結(jié)晶器作為連鑄生產(chǎn)的核心，我廠經(jīng)過技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)了銅管內(nèi)腔由拋物線型向梅花型的轉(zhuǎn)變，開發(fā)了表面刻槽銅管，配套設(shè)計(jì)玻璃鋼水套，提高了結(jié)晶器冷卻效率，為實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)提供了設(shè)備保障。

5 結(jié)論

（1）HPB300鋼種降低C含量，提高M(jìn)n含量，有利于減少連鑄脫方。

（2）梅花形銅管內(nèi)腔以及合適的足輥支撐寬度可有效降低鑄坯角部裂紋。

（3）二冷強(qiáng)度控制在1.7-1.8L/kg時(shí)滿足HPB300鋼種4.0m/min以上拉速生產(chǎn)，可有效減少中間裂紋缺陷。

（4）鑄機(jī)弧度維護(hù)、保護(hù)渣理化性能調(diào)整、控制鋼水中S含量是減少HPB300脫方的重要措施。

（5）HPB300鋼種通過控制Mn/Si比可降低鋼水中夾雜物；降低澆鑄過熱度可減少高拉速下鑄坯中心疏松。

（6）結(jié)晶器銅管冷卻效率提升、振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)參數(shù)優(yōu)化是達(dá)成高效生產(chǎn)的必要條件。