提高低碳鋼板坯連鑄拉速的生產(chǎn)實踐

王永浩，郭銀濤，秦 聰，溫巨文

（1.河鋼集團唐山不銹鋼有限責任公司，河北 063105；2.河北省鍍錫基板技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 063105）

0 引言

隨著市場環(huán)境的嚴峻和連鑄技術(shù)的發(fā)展,以降低鋼坯生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的高效連鑄技術(shù)越來越成為各鋼鐵企業(yè)應(yīng)對市場考驗的有效措施。唐鋼不銹鋼公司一直致力于高效生產(chǎn)技術(shù)的研究，2019年煉鋼工序以標準時間管理為切入點，加快了生產(chǎn)節(jié)奏，轉(zhuǎn)爐實現(xiàn)了班產(chǎn)26爐鋼。但由于唐山不銹鋼公司的低碳鋼板坯斷面小，連鑄機的產(chǎn)能不能有效發(fā)揮，已成為了煉鋼產(chǎn)能增加的限制性環(huán)節(jié)。為了實現(xiàn)煉鋼工序內(nèi)部的產(chǎn)能平衡，需要進一步提高連鑄拉速。但是，連鑄拉速提高，又給連鑄帶來了新的難點問題，容易引起鑄坯表面缺陷，嚴重時可能導致漏鋼等問題[1，2]。因此，需要從實際情況出發(fā)，研究高拉速連鑄的關(guān)鍵技術(shù)。

本文介紹唐山不銹鋼公司板坯連鑄機的設(shè)備參數(shù)和連鑄拉速的現(xiàn)狀，分析了提高低碳鋼連鑄拉速的研究方向和實現(xiàn)途徑，從連鑄保護渣性能、結(jié)晶器振動參數(shù)、SEN水口結(jié)構(gòu)和二冷制度等方面給出了改進建議。

1 現(xiàn)狀調(diào)查

1.1 鑄機參數(shù)

唐鋼不銹鋼公司共有3臺板坯連鑄機，均為1機1流直弧型鑄機。公司低碳鋼品種主要在1號和2號連鑄機生產(chǎn)（主要參數(shù)見表1），鑄機具有1個彎曲段、5個扇形段、2個矯直段，5個水平段，冶金長度為29.578 m，低碳鋼的設(shè)計拉速為1.8 m/min。鑄機具有在線熱調(diào)寬、結(jié)晶器液面自動控制、結(jié)晶器專家系統(tǒng)、VSV的抗鼓肚補償、動態(tài)輕壓下等功能。

表1 連鑄機的主要參數(shù)

1.2 拉速現(xiàn)狀

經(jīng)過多年的提拉速攻關(guān)，唐鋼不銹鋼公司的所有鋼種拉速已穩(wěn)定達到了鑄機的設(shè)計拉速。但是，由于低碳鋼種主要為小斷面（寬度＜1 050 mm的比例大于90%），臺時產(chǎn)量低，已成為限制煉鋼廠產(chǎn)能進一步提升的主要障礙。

2 工藝優(yōu)化措施

為了實現(xiàn)小斷面低碳鋼高拉速的穩(wěn)定、安全運行，一方面，需要保證結(jié)晶器內(nèi)的安全和質(zhì)量，即：降低結(jié)晶器內(nèi)的粘結(jié)漏鋼風險、保證結(jié)晶器出口坯殼厚度，降低高拉速下的保護渣卷渣率[3]；另一方面，需要保證液芯長度不出鑄機。圍繞上述要求，進行了保護渣優(yōu)化、結(jié)晶器振動參數(shù)優(yōu)化、SEN結(jié)構(gòu)優(yōu)化、二冷配水優(yōu)化和二冷噴嘴的改造。

2.1 保護渣優(yōu)化

使用優(yōu)化前的保護渣，將拉速提高至1.9 m/min時，渣耗量低于0.3 kg/t鋼，不利于鑄坯的潤滑，需要對保護渣進行優(yōu)化，增加渣耗，增加潤滑效果。優(yōu)化前后保護渣的理化性能指標如表2所示。由表2可以看出，優(yōu)化后保護渣堿度由1.01降低至0.9，增加了保護渣傳熱效果，增加了初生坯殼的厚度和坯殼抗撕裂能力，同時還會因為傳熱效果的增加，坯殼收縮大，渣耗量也將增加；另外，熔點由1 135℃降低至1 105℃，轉(zhuǎn)折溫度由1 165℃降低至1 120℃，增加了液渣膜厚度，提高了潤滑效果。使用優(yōu)化后的保護渣，液渣層厚度為8～12 mm，渣耗為0.35 kg/t鋼左右，結(jié)晶器熱電偶溫度曲線穩(wěn)定，結(jié)晶器摩擦力降低20%，熱流密度增加2～5%。

表2 優(yōu)化前和優(yōu)化后保護渣理化性能對比

2.2 振動參數(shù)優(yōu)化

為了防止高拉速條件下的初生坯殼與結(jié)晶器銅板的粘結(jié)，需要對結(jié)晶器振動參數(shù)進行調(diào)整[4]。調(diào)整的要求是：

（1）降低結(jié)晶器正滑脫期間初生坯殼受到的拉應(yīng)力，以降低初生坯殼拉裂風險；

（2）適當增加負滑動超前量和最大負滑動相對速度差，以提高初生坯殼脫模和焊合效果；

（3）提高振幅，降低振頻，增加正滑脫時間，以提高保護渣消耗量和潤滑效果；

（4）為了保證鑄坯表面質(zhì)量，在滿足上述要求的基礎(chǔ)上，負滑脫時間不能大幅增加。

基于上述要求，設(shè)計了高拉速專用結(jié)晶器振動參數(shù)。優(yōu)化前后的結(jié)晶器振動參數(shù)對比如表3所示。

表3 優(yōu)化前后的結(jié)晶器振動參數(shù)對比

對振動參數(shù)優(yōu)化后的渣耗進行了對比，共對比了3個澆次，均生產(chǎn)低碳鋼，保護渣均采用渣C。在澆次的前1/2爐次使用原振動參數(shù)，后1/2爐次切換至優(yōu)化振動參數(shù)，渣耗的對比效果見表4所示。

由表4可見，與原振動相比，振動參數(shù)優(yōu)化后，渣耗增加10%以上，對增加鑄坯潤滑效果，降低粘結(jié)具有非常重要的意義。優(yōu)化振動參數(shù)投用以來，結(jié)晶器振動無異響，偏擺合格，說明優(yōu)化后振動參數(shù)具有良好的動力學性能，從表3也可看出，優(yōu)化后的振動參數(shù)最大振動加速度與原振動相當。

表4 振動參數(shù)優(yōu)化前后的渣耗對比

2.3 SEN的優(yōu)化

熱卷的夾渣指數(shù)與拉速的關(guān)系如圖1所示，隨著拉速的提高，熱卷的夾渣指數(shù)顯著升高。為了保證高拉速條件下的鑄坯潔凈度，對SEN結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了優(yōu)化。

圖1 熱卷夾渣指數(shù)與拉速之間的關(guān)系

圖2示出了優(yōu)化前、后SEN的結(jié)構(gòu)參數(shù)。由圖2可以看出，SEN中孔直徑由65 mm增加至72 mm，側(cè)孔由65 mm×80 mm擴大至72 mm×85 mm，側(cè)孔傾角由15度增加至20度。側(cè)孔尺寸和傾角的增加，將降低結(jié)晶器液面鋼水流速，進而降低卷渣率。

在拉速為1.9 m/min，斷面為890 mm時，SEN優(yōu)化前和優(yōu)化后的熱卷夾渣指數(shù)對比如圖3所示。由圖3可以看出，SEN優(yōu)化后平均夾渣指數(shù)降低了76.67%，效果顯著。使用優(yōu)化后的SEN，未出現(xiàn)因鋼流沖擊太深帶來的窄面鼓肚現(xiàn)象。

圖3 不同SEN類型的夾渣指數(shù)對比

2.4 二冷水優(yōu)化

使用VAI凝固模擬軟件，研究了在高拉速條件下二冷水流量與液芯長度的關(guān)系，確定了高拉速條件下的靜態(tài)二冷水表。拉速為2.0 m/min時，總的二冷比水量為1.105 L/kg鋼。在二冷水各段分布方面，特意增加了高溫段的二冷水分配比，結(jié)晶器足輥和彎曲段的比水量占總比水量的50%。在生產(chǎn)過程中，常常會出現(xiàn)彎曲段水流量達不到靜態(tài)水表要求的情況，主要是由于彎曲段噴嘴型號太小，為此，對彎曲段的噴嘴進行了改造，選用大型號的噴嘴，大大增加了彎曲段水流量的滿足率。

3 實施效果

優(yōu)化措施實施后，低碳鋼的常規(guī)拉速由1.8 m/min提高到1.95 m/min，實施提高拉速措施的6個月時間以來，共生產(chǎn)了80多萬噸低碳鋼產(chǎn)品，未發(fā)生粘結(jié)漏鋼等事故，熱軋板卷表檢合格率為99.53%，未收到客戶反饋的質(zhì)量異議。

4 結(jié)論

本文就提高小斷面低碳鋼板坯連鑄拉速進行了探討，有針對性的給出了改進建議，分析和總結(jié)了改進措施的實施效果。

（1）通過降低保護渣熔點和堿度，增加了保護渣消耗量，提高了鑄坯潤滑效果。

（2）設(shè)計了高拉速結(jié)晶器振動參數(shù)，增加了振幅，降低了振頻，引入偏斜率，渣耗增加10%以上。

（3）增大SEN側(cè)孔尺寸和傾角，結(jié)晶器流場得到了優(yōu)化，熱卷夾渣指數(shù)降低76.67%。

（4）設(shè)計了高拉速的二冷水表，對彎曲段噴嘴進行了重新選型，增加了二次冷卻效果。

（5）低碳鋼常規(guī)拉速由1.8 m/min提高到1.9 5m/min，有效提高了小斷面低碳鋼板坯的產(chǎn)能，熱軋板卷表檢合格率為99.53%，未發(fā)生粘結(jié)漏鋼事故。