提高連鑄坯質(zhì)量的技術(shù)改造分析

董德平

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，鋼鐵冶煉技術(shù)在不斷創(chuàng)新，鋼鐵連鑄產(chǎn)量提升速度加快，增加技術(shù)含量。在建設(shè)經(jīng)濟時，各種類鋼材在行業(yè)中得到有效使用，比如圓坯、方坯等連鑄機在投入使用，使用過程加速鋼鐵冶金技術(shù)設(shè)備信息進程，同時節(jié)省冶煉鋼材的物力和財力、人力，但連鑄方坯技術(shù)仍有待優(yōu)化，我國鑄坯技術(shù)目前有進步空間?？茖W(xué)技術(shù)的快速發(fā)展使得鋼鐵行業(yè)中連鑄工藝設(shè)備的發(fā)展進程不斷加快，想要提高連鑄工藝就需要不斷的推進連鑄技術(shù)的科技性和科學(xué)性，這樣才能提高連鑄坯的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

1 當前冶金行業(yè)急需提高連鑄坯質(zhì)量的背景因素

1.1 軟件發(fā)展跟不上鋼鐵工業(yè)的需求

我國鋼鐵工業(yè)模型的沉淀能力較弱，軟件水平難以和工業(yè)應(yīng)用需求相匹配。迫切需要建立一個數(shù)字封裝的工業(yè)模型庫，以支持鋼鐵行業(yè)的知識傳承和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺的建設(shè)。行業(yè)模型旨在通過軟件技術(shù)實現(xiàn)虛擬制造、數(shù)字過程仿真、數(shù)字過程設(shè)計、制造輔助和過程診斷決策的模塊化和代碼化。每個模型都是一個基石，工業(yè)軟件開發(fā)人員可以靈活地使用它來促進工業(yè)知識的積累、推廣和重用。如果工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺想要集成人員、工藝、數(shù)據(jù)和事件，則必須具有足夠的行業(yè)知識和經(jīng)驗，并封裝成數(shù)字模型將其存儲在相應(yīng)系統(tǒng)平臺中。

1.2 工業(yè)模型的線下應(yīng)用難以轉(zhuǎn)向線上模型開發(fā)，用于開發(fā)工業(yè)模型的工具不夠多

我國工業(yè)軟件的發(fā)展緩慢，迫切需要為符合我國鋼鐵行業(yè)的工業(yè)模型部署集成開發(fā)環(huán)境，并增強將工業(yè)模型從離線轉(zhuǎn)換為在線的能力。在20 世紀80 年代和20 世紀90 年代，算力的提高推動了仿真技術(shù)的發(fā)展。如今，在各個行業(yè)的生產(chǎn)制造中，設(shè)計和決策過程都用到了建模仿真技術(shù)，同時，一些復(fù)雜的工程系統(tǒng)也要用到建模仿真技術(shù)，仿真技術(shù)在整個的生產(chǎn)成品生命周期起到了主要作用，仿真技術(shù)慢慢開始成為制造執(zhí)行系統(tǒng)中不可或缺的部分。在仿真技術(shù)領(lǐng)域，工業(yè)行業(yè)的專家經(jīng)驗、專業(yè)知識、重要技術(shù)和生產(chǎn)過程在現(xiàn)實中都能通過計算機語言以形成數(shù)字模型的方式進行表達、存儲和應(yīng)用。

1.3 鋼鐵行業(yè)面臨技術(shù)的沖擊

在全球制造業(yè)智能化轉(zhuǎn)型和貿(mào)易保護主義抬頭的背景下，我國鋼鐵行業(yè)正面臨潛在的技術(shù)沖擊和新一輪的技術(shù)封鎖。迫切需要提高工業(yè)模型的模塊化和組件化能力，并全面覆蓋過程設(shè)計和控制系統(tǒng)研發(fā)的鋼鐵工業(yè)模型庫，并掌握工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代鋼鐵行業(yè)的核心技術(shù)。我國的工業(yè)軟件比較落后，很難將線下功能快速遷移到線上模型中。中國絕大部分的工業(yè)軟件都不是自主研發(fā)的，我國在工業(yè)軟件知識化領(lǐng)域的經(jīng)驗知識沉淀不足，大大制約了行業(yè)知識代碼化和模型化。另一方面，我國的工業(yè)類別非常復(fù)雜，建立完整的工業(yè)模型庫需要時間。我國每個行業(yè)都有自己獨特的行業(yè)知識，把關(guān)鍵技術(shù)、核心基本組件、專業(yè)行業(yè)知識等封裝成數(shù)字化模型無疑是大規(guī)模工程，因此迫切需要提高模塊化的能力。鋼鐵工業(yè)作為我國過程工業(yè)的重要組成部分，其迫切需要提高工業(yè)模型模塊化能力，進而建立一個涵蓋控制系統(tǒng)研發(fā)和運營管理的鋼鐵工業(yè)模型庫系統(tǒng)，掌握工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時代鋼鐵行業(yè)的核心技術(shù)。

2 鋼鐵連鑄坯在生產(chǎn)時容易出現(xiàn)的問題和成因分析

2.1 夾渣問題

在鋼材的生產(chǎn)中會出現(xiàn)夾渣的情況，這種情況產(chǎn)生的原因之一是由于容器內(nèi)的殘留的具有高自燃點和流動性差的浮渣導(dǎo)致的，在鑄坯的過程中沒有清理掉這些雜質(zhì)。另外的原因也有可能是浸水式水口發(fā)生的剝落和溶損的情況、生產(chǎn)時的中間包和鋼包的耐火材料內(nèi)襯以及覆蓋劑這些都有可能成為雜質(zhì)。盛放生產(chǎn)原料的容器沒有清理干凈時也會使得器具上的殘留進入到生產(chǎn)連鑄坯中，這就會使得生產(chǎn)的鋼水變得純度降低，對鋼材的質(zhì)量就產(chǎn)生了影響。

2.2 氣泡問題

所謂的氣泡問題是因為在生產(chǎn)鋼材的時候鑄坯在凝固冷卻的過程中生成的壓力大于大氣壓力和鋼水靜態(tài)時壓力總和導(dǎo)致的，或者使用的原材料含水量較高也會導(dǎo)致這種問題的出現(xiàn)。如果在生產(chǎn)中不及時的發(fā)現(xiàn)并解決，氣泡就會被遺留下來。想要解決氣泡的問題是需要在生產(chǎn)時嚴格的執(zhí)行材料的脫氧工藝的，因為鋼材中的碳和硅的含量能夠影響氣泡的生成

2.3 表面裂紋缺陷

鑄坯出現(xiàn)表面的裂紋是由于在鑄坯斷面尺寸、工作環(huán)節(jié)的把控狀況以及鋼材結(jié)晶器結(jié)構(gòu)、鑄機澆注條件、冶煉工藝條件、澆注鋼種具備的化學(xué)成分等環(huán)節(jié)出現(xiàn)。另外就是生產(chǎn)時增加或者減小鋼材連鑄坯的厚度時，也極易出現(xiàn)鋼材表面的裂紋。鋼材的生產(chǎn)會受到原材料中化學(xué)元素的影響，當鋼材中有碳、硫、磷時就容易出現(xiàn)鋼材表面的裂紋。而且鋼材中的P 和 S 的含量過高時會使得強度和塑性都會一定幅度的減弱。原材料中磷元素含量高于0.017% 時，也會使得鋼材的強度和塑性降低。

2.4 其他缺陷問題

鋼材在生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量把控只是其中的一個步驟，在運輸鋼材時也會出現(xiàn)一些問題，比如運輸時產(chǎn)生的一些機械損傷就會使得鋼材表面產(chǎn)生凹坑、刮痕、劃痕。如一些外部環(huán)境發(fā)生突發(fā)狀況使得生產(chǎn)中斷就會產(chǎn)生雙澆的情況，這種情況多數(shù)是由于不可控的因素，比如鋼水供應(yīng)不足、水口堵塞、設(shè)備故障以及操作失誤等都會出現(xiàn)雙澆的情況，這種狀況下生產(chǎn)的鋼材多數(shù)會有接縫。鋼材有時會出現(xiàn)內(nèi)部的裂紋，發(fā)生這種情況的原因大概有以下幾種：鋼水供應(yīng)不足、水口堵塞、設(shè)備故障以及操作失誤等。內(nèi)部的裂紋一般多發(fā)生在鋼材的接口或者是凝固界面連接的連接點，這部分比較脆弱，再經(jīng)過澆筑時的拉應(yīng)力就會沿著這個部位產(chǎn)生內(nèi)部的裂紋。

2.5 鋼材的中心疏松和偏析問題

在生產(chǎn)的環(huán)節(jié)如果凝固鋼坯時沒有穩(wěn)定的前沿，會使得鋼材的局部發(fā)生柱狀晶產(chǎn)生高于周圍柱狀晶生長的速度，這個時候就容易出現(xiàn)柱狀晶組織產(chǎn)生搭橋問題。凝固的環(huán)節(jié)柱狀晶發(fā)生兩面都生長的情況夾帶有搭橋現(xiàn)象，會出現(xiàn)凝固橋會使得液相穴內(nèi)的鋼液出現(xiàn)分離，在冷卻凝固時就容易產(chǎn)生鋼材的收縮，這會導(dǎo)致后期很難進行鋼水的補充，這種情況就會使得鋼材出現(xiàn)中心縮孔或者鋼材疏松的問題，有的還會同時伴隨中心偏析的問題。出現(xiàn)上述問題的原因多是因為鑄坯時產(chǎn)生了鼓肚的情況，鼓肚會使得鋼材生產(chǎn)時流動的夾渣和合金元素產(chǎn)生局部聚集的情況進而產(chǎn)生搭橋的問題，而當較高濃度的鋼水流經(jīng)搭橋的部位時就出現(xiàn)了鋼材的偏析問題。

3 對鋼材的連鑄坯技術(shù)改造分析

3.1 想要提高生產(chǎn)環(huán)節(jié)的脫硫水平，就要控制好鋼水的溫度

生產(chǎn)環(huán)節(jié)是對溫度有很嚴格的要求的，所以想要使得產(chǎn)品中磷、硫等雜質(zhì)的含量，就要把控好生產(chǎn)時鋼水的溫度。對鋼水進行精煉操作，控制好鋼水的含水量，對于鋼水中含有的硅、鎂、鋁等化學(xué)元素也要特別關(guān)注，然后再進行鋼水的脫氧、脫氫操作，上述的條件都滿足后才能進行鋼材的真空熔煉。值得注意的是，除了要控制好鋼水在合適的溫度之外鋼材質(zhì)量的好壞還體現(xiàn)在生產(chǎn)的鋼材是否有均勻的表面，而想要完成這一步就需要進行鋼水的吹氫工藝?？傊?，生產(chǎn)的過程是關(guān)乎鋼材質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，所以要把控好生產(chǎn)時的鋼水質(zhì)量，符合標準的鋼水才能允許被送進鑄造廠進行澆筑生產(chǎn)。目前我國大多數(shù)的噴射脫硫廠的生產(chǎn)情況可以知道，符合標準的鋼水含硫量是不能高于0.01%的。一般情況下鋼材的加工前的脫硫環(huán)節(jié)都要交給專業(yè)的脫硫廠進行的，因為對于企業(yè)來說控制好生產(chǎn)環(huán)節(jié)的成本是很重要的，這個環(huán)節(jié)交給專業(yè)的脫硫廠去處理是符合節(jié)約成本的訴求的。對于脫硫廠來說，攪拌脫硫的環(huán)節(jié)也是需要不斷優(yōu)化創(chuàng)新的，因為當前的社會整個大環(huán)境都是在追求節(jié)能減排的。

3.2 注重鑄機生產(chǎn)的質(zhì)量，針對澆筑環(huán)節(jié)進行嚴格的質(zhì)檢

針對生產(chǎn)的鑄機改造，需要注意的是要根據(jù)當前我國現(xiàn)行的行業(yè)生產(chǎn)的標準進行改造。在實施工作中，必須改造原有的彎票連鑄機，改造新的票連鑄機，以優(yōu)化煉鋼質(zhì)量，提高冶煉工藝。對于電弧鑄造機的實際需要調(diào)整時，需要關(guān)注生產(chǎn)的管理、生產(chǎn)情況和企業(yè)的資金運轉(zhuǎn)方面的因素，因為一個企業(yè)的發(fā)展是要考慮生產(chǎn)的成本最優(yōu)化，以及質(zhì)量的好壞才能綜合的認定這個改造方案是否是可行的。同時，所選擇的鑄造機必須滿足優(yōu)良性能的要求。從當前常用的鑄造機分析對比結(jié)果可以看出，板材兩個區(qū)域的外延載荷影響了板材的內(nèi)裂紋，因此必須在較低的水平上檢查外延載荷值。如果未經(jīng)檢測的直彎機投入生產(chǎn)，可能會出現(xiàn)直彎機的外殼不合格，生產(chǎn)時易出現(xiàn)機殼薄出現(xiàn)彎曲開裂的情況，真的出現(xiàn)這種情況時可以采取分段輥精彎或者連續(xù)排列多點彎曲矯直的方式補救。除了生產(chǎn)設(shè)備的因素之外，我們還要知道影響澆筑環(huán)節(jié)還有澆注溫度、澆注速度、型粉等環(huán)節(jié)。鋼水澆注溫度的控制對連鑄質(zhì)量控制具有重要作用。鋼支架內(nèi)夾雜物較多，因此鋼材內(nèi)外的裂紋、中心的偏斜角度以及生產(chǎn)時的操作是否穩(wěn)定都是影響生產(chǎn)鋼材質(zhì)量的關(guān)聯(lián)因素。鋼水的溫度是決定性的因素，當鋼水的溫度低于要求時會使得鋼坯的內(nèi)部由于低溫出現(xiàn)裂紋和中心偏斜，但可以改變這種現(xiàn)象，使鑄坯組織均勻，減少晶粒。如果鋼水溫度低，則會產(chǎn)生負面影響。一般來說，低溫會阻止鋼中的雜質(zhì)上升，同時會堵塞中間包水口。如果鋼水溫度高，通常會發(fā)生噴發(fā)，同樣會導(dǎo)致鋼坯內(nèi)部發(fā)生裂開的情況，有的會出現(xiàn)中心的偏斜，生產(chǎn)出不符合質(zhì)量標準的鋼材。正因為如此生產(chǎn)時需要仔細檢查鋼包內(nèi)鋼水的溫度，檢查在1600 攝氏度。中間包內(nèi)鋼水溫度必須控制在1550 攝氏度。模具內(nèi)鋼水溫度控制在1500 攝氏度最為適宜，并且需要控制好不同區(qū)域鋼水的溫度差在10 攝氏度以內(nèi)。

3.3 生產(chǎn)環(huán)節(jié)控制好連鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量

根據(jù)產(chǎn)生經(jīng)驗看，連鑄坯質(zhì)量的質(zhì)量問題一般有結(jié)構(gòu)不合格，材料的中心松散成分偏析和鋼材出現(xiàn)裂紋的問題等。連鑄坯在生產(chǎn)時會經(jīng)歷高溫的環(huán)節(jié)，這個環(huán)節(jié)中有的鋼材的小問題會經(jīng)過高溫處理沒有，有的則會出現(xiàn)變形的問題。提高鋼材內(nèi)部質(zhì)量的具體方法是：加強對成型板結(jié)構(gòu)的控制，先擴大包含成型板中心的軸向晶區(qū)，然后限制柱狀曲率的生長效率，從而減少中心偏差或松動。具體可采用鋼水低過熱的方法或電磁攪拌技術(shù)來改善鋼材質(zhì)量。生產(chǎn)時還要注意二次冷卻的質(zhì)量把控，借助電腦對于二次冷卻區(qū)域進行精準的調(diào)控，保證冷卻水分配符合生產(chǎn)標準，使得生產(chǎn)的鋼水溫度在900 攝氏度。另外需要注意的是要檢查好鑄板的變形和強度問題，因為在二次冷卻的環(huán)節(jié)出現(xiàn)這種情況會使得鋼材出現(xiàn)裂縫。想要避免以上的問題，就要在生產(chǎn)時優(yōu)化壓縮的距離和鋼材彎曲的方向，控制好鋼水的流動問題，使夾雜物上升，使墊塊分布均勻，優(yōu)化浸入式水口的設(shè)計。

3.4 對鋼內(nèi)部裂紋進行控制

（1）二次冷卻采用弱冷，盡量延長二次冷卻段，減少鑄坯熱應(yīng)力。降低中間包澆注鋼水過熱度, 將過熱度盡可能控制在10℃-30.9℃。

（2）在鋼水S 含量偏高的情況下適當?shù)奶岣咪撍甅n 含量，提高Mn/S ；調(diào)整生產(chǎn)節(jié)奏, 轉(zhuǎn)爐口采用雙渣操作降低硫含量,連鑄口適當降低硫高爐次鋼水的拉速。

（3）利用停機和檢修時間對二冷噴嘴進行清理疏通, 將偏斜變形噴淋管校正，確保鑄坯二次冷卻效果，同時對二冷配水進行優(yōu)化, 保證二冷各段溫度均衡。

（4）穩(wěn)定生產(chǎn)節(jié)奏，盡可能的將拉速穩(wěn)定在2.4-2.8m/min。

（5）加強設(shè)備管理, 保證對弧精度。如廠房空間允許，建設(shè)緩冷坑，或盡量將鑄坯熱送。對鋼內(nèi)部裂紋控制需要提高錳含量, 鐵水硫過高時啟動《高硫鐵水應(yīng)急預(yù)案》, 其他冶煉條件惡劣時采用雙渣操作，控制錳硫比大于15, 將拉速控制在合理范圍,是改善鑄坯內(nèi)部質(zhì)量缺陷的有效措施。其次是生產(chǎn)中要降低過熱度, 優(yōu)化比水量( 保證矯直溫度在990C 左右), 穩(wěn)定二冷水壓,均勻二冷各段配水以保證鑄坯冷卻均勻，可在很大程度上改善小方坯中心縮孔等內(nèi)部缺陷。

3.5 保證電磁攪拌工作質(zhì)量，模具采用銅板涂層

生產(chǎn)的環(huán)節(jié)要格外的關(guān)注特殊鋼材或者尺寸較厚的生產(chǎn)情況，針對上述兩種鋼材的生產(chǎn)可以采用電磁攪拌的工藝，實現(xiàn)減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)柱狀顆粒的問題，從而避免鋼材出現(xiàn)中心偏斜的質(zhì)量問題，進而達到提高鋼材質(zhì)量的目的。電磁攪拌線圈有特殊的線圈排列方式，當線圈與鋼坯表面的距離為20mm 時，線圈的電流才會產(chǎn)生磁力，然后進行運轉(zhuǎn)使得使鋼水可以沿固定方向移動。這個技術(shù)的目的是通過攪拌使得鋼水的各種成分在攪拌中均質(zhì)化，因為這一過程能分離出硫、磷等雜質(zhì)元素。如果鋼水通過中間包澆注到模具中，模具中的鋼水就會有冷卻水形成一定厚度的坯殼。在這個過程中，模具鋼的靜壓會限制模具鋼板，產(chǎn)生的摩擦和熱量也會對鋼板產(chǎn)生影響。如果模具在惡劣的條件下連續(xù)工作，模具中銅芯的冷卻能力和導(dǎo)熱性會得到提高，同時耐磨性和剛度也會得到提高。在連鑄板工藝的發(fā)展過程中，最初仍使用銅板。它具有良好的導(dǎo)熱性，但不足的是它的使用壽命。強度硬度方面不是那么高性能。同時對于企業(yè)來說它的生產(chǎn)成本也偏高還會產(chǎn)生一些工業(yè)廢料。當鋼水的溫度發(fā)生變化，出現(xiàn)了低于1500 攝氏度的時候，鋼水里的銅離子會出現(xiàn)分離的情況，這就降低了鋼材的質(zhì)量。想要避免上述的問題可以采用有涂層的銅板模具，因為這樣能提高鋼板的耐磨性，減少設(shè)備鋼吧板中的銅離子進入到鋼水中?，F(xiàn)如今行業(yè)中可以采用鍍結(jié)晶器銅板帶有鎘鎳鍍層的模具，能更好的控制鋼水的溫度發(fā)生變化，不僅能解決鋼材連鑄容易產(chǎn)生的質(zhì)量問題，還能提高設(shè)備的使用壽命。

3.6 采用漏鋼預(yù)報技術(shù)

在鋼坯的生產(chǎn)連鑄環(huán)節(jié)，如果出現(xiàn)了冷卻時間不充分和作業(yè)過高的情況，會使得生產(chǎn)出現(xiàn)進行連黏附性漏鋼問題。而這種情況下會極大的影響鋼材進行進行連鑄的質(zhì)量，因為金屬的收得率降低會導(dǎo)致鋼水在澆筑的環(huán)節(jié)中產(chǎn)生堵塞噴嘴和雙澆問題，嚴重的情況下還會損毀生產(chǎn)的機器。當鋼材鑄坯時因為缺流損毀了二冷裝備，就會出現(xiàn)生產(chǎn)中斷的情況，不僅影響鋼材的質(zhì)量還影響企業(yè)正常的生產(chǎn)。針對以上問題可以采用漏鋼預(yù)報技術(shù)，對生產(chǎn)的結(jié)晶器銅板添加熱電偶，因為熱電偶對于溫度的感知比較靈敏，當生產(chǎn)是出現(xiàn)溫度的變化，操作人員能及時的發(fā)現(xiàn)，針對問題環(huán)節(jié)就能有效的解決，減少漏鋼問題的出現(xiàn)。

3.7 使用動態(tài)輕下壓技術(shù)

鋼材的生產(chǎn)工藝較為繁瑣，也就使得影響鋼材質(zhì)量的產(chǎn)生因素很多，各個環(huán)節(jié)會出現(xiàn)不一樣的問題。針對鋼材的問題進行分析，會發(fā)現(xiàn)影響最為嚴重的要數(shù)中心發(fā)生偏析及疏松問題，因為此問題會使得鋼材在連鑄的過程中產(chǎn)生后續(xù)的質(zhì)量問題。先要預(yù)防中心發(fā)生偏析及疏松問題，當前可采用輕下壓技術(shù)，具體的原理是，在生產(chǎn)的環(huán)節(jié)中當進行凝固時針對凝固末端施加相應(yīng)壓下量，讓發(fā)生偏析以及疏松位置鋼水能均勻的流動到鋼材的各個部位，同時這一技術(shù)的優(yōu)點還有利于降低連鑄坯的內(nèi)部收縮縫隙變小，從而避免鋼液朝著鑄坯中心進行橫向活動。這個技術(shù)還能使得鋼水的溶質(zhì)元素發(fā)生反向活動，增加了鋼材的元素分布均勻提高鋼材內(nèi)部組織的緊實度，進一步降低鋼材出現(xiàn)中心偏析的問題。

4 結(jié)語

綜上所述，企業(yè)想要發(fā)展，不僅需要提升冶煉的技術(shù)控制好生產(chǎn)的環(huán)節(jié)，還需要把控好生產(chǎn)的細節(jié)，因為生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)稍不注意就出現(xiàn)影響鋼材質(zhì)量的問題。隨著全球能源緊張和節(jié)能減排的理念大力推廣，冶金行業(yè)的發(fā)展必須符合當前整個社會發(fā)展的趨勢，才能有一個長久的發(fā)展，所以，對于冶金行業(yè)來說就更要注重鋼材的鑄造工藝，優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)，實現(xiàn)高效環(huán)保發(fā)展理念。