400系不銹鋼板坯連鑄倒角結(jié)晶器的開發(fā)與應(yīng)用

亓欣華，陳培敦，趙 剛，李志平，李 峰

（山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 271100）

1 前言

400系鐵素體不銹鋼成本低廉，產(chǎn)品穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)耐用，特別在成型性、耐蝕性、抗氧化性好，廣泛用于家電、汽車、建筑行業(yè)、石化和環(huán)保工業(yè)等領(lǐng)域，發(fā)展前景廣闊。泰山鋼鐵以優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品質(zhì)量和冷軋板面光亮度贏得了客戶和市場(chǎng)的認(rèn)可，泰山產(chǎn)品已占據(jù)全國(guó)400系不銹鋼30%的市場(chǎng)份額，冷軋板面光潔度具備BA板和家電板的要求。BA板、家電板產(chǎn)量逐步增加，而鋼帶冷軋后邊部狹縫線寬度影響著客戶成材率，制約著冷軋鋼帶的利用率。針對(duì)該問題，泰山鋼鐵不銹鋼事業(yè)部在鑄坯坯型上進(jìn)行改進(jìn)，在400系不銹鋼生產(chǎn)上使用倒角結(jié)晶器來(lái)改變板坯角部質(zhì)量和形狀，以降低鋼帶狹縫線寬度和深度。

2 倒角結(jié)晶器可行性分析

為進(jìn)一步改善鋼帶狹縫線的寬度，提高400系不銹鋼帶冷軋鋼帶成材率，泰山鋼鐵不銹鋼事業(yè)部大膽創(chuàng)新，對(duì)鑄坯外形實(shí)施優(yōu)化改進(jìn)，在400系不銹鋼連鑄上使用倒角結(jié)晶器進(jìn)行研究分析，倒角結(jié)晶器冷卻構(gòu)造和形狀與直角結(jié)晶器差別較大，結(jié)晶器冷卻水強(qiáng)度調(diào)整是倒角結(jié)晶器在不銹鋼連鑄使用的主要技術(shù)問題，根據(jù)倒角結(jié)晶器銅板的構(gòu)造和材質(zhì)，結(jié)晶器冷卻水流量較常規(guī)直角結(jié)晶器的冷卻水流量增大。倒角結(jié)晶器與直角結(jié)晶器窄邊形狀的不同，使結(jié)晶器錐度也隨之發(fā)生變化，結(jié)晶器的錐度設(shè)定大小對(duì)400系不銹鋼板坯寬度和內(nèi)部組織起到?jīng)Q定性作用，也是影響鋼帶狹縫線寬度關(guān)鍵因素之一。

倒角結(jié)晶器在400系不銹鋼板坯連鑄的應(yīng)用技術(shù)開發(fā)、設(shè)計(jì)、制作與當(dāng)前連鑄機(jī)相匹配，倒角結(jié)晶器銅板設(shè)計(jì)，需優(yōu)化收縮因子、結(jié)晶器錐度、結(jié)晶器冷卻水強(qiáng)度、二冷水配水強(qiáng)度、拉速的匹配等一系列控制參數(shù)，在窄邊結(jié)晶器出口足輥設(shè)計(jì)為與銅板兩側(cè)倒角尺寸相匹配的足輥，才能保證400系不銹鋼倒角結(jié)晶器應(yīng)用成功，才能獲得較好的鑄坯坯型和外形尺寸符合計(jì)劃要求。

3 倒角結(jié)晶器設(shè)計(jì)與應(yīng)用

3.1 倒角結(jié)晶器銅板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為得到滿意的坯型和理想的鋼帶狹縫寬度，在倒角結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和技術(shù)研發(fā)方面，做了大量地調(diào)查研究和討論，不銹鋼事業(yè)部與結(jié)晶器廠家共同研發(fā)，針對(duì)泰山鋼鐵生產(chǎn)的不銹鋼品種特性和規(guī)格要求進(jìn)行技術(shù)分析，并匹配目前的連鑄機(jī)設(shè)備，在倒角結(jié)晶器銅板選材、銅板結(jié)構(gòu)、倒角弧度的設(shè)計(jì)、冷卻水槽和水孔設(shè)計(jì)等關(guān)鍵點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行反復(fù)論證。在倒角結(jié)晶器寬邊、窄邊面銅板上都設(shè)計(jì)比較合理的水冷糟，針對(duì)倒角弧設(shè)計(jì)了更利于角部冷卻的水孔，角部冷卻更加均勻，更易于400系不銹鋼寬幅板坯的冷卻控制。結(jié)晶器銅板表面鍍耐磨層，鍍層表面光滑，利于延長(zhǎng)結(jié)晶器銅板的使用壽命。銅板用螺栓固定，在吊運(yùn)和安裝上更加便捷。

倒角結(jié)晶器窄邊銅板角部設(shè)計(jì)倒角弧半徑R為60°～62°；寬邊寬1 870 mm，窄邊寬216 mm，厚度40 mm；倒角結(jié)晶器窄邊銅板的兩個(gè)角部各增加了兩個(gè)直徑為Φ7 mm的冷卻水孔；倒角結(jié)晶器的冷卻水槽面上增加了8個(gè)Φ8.5 mm的通水孔，使冷卻水能夠順利進(jìn)入倒角處的Φ7 mm通水孔內(nèi)。

3.2 倒角結(jié)晶器傳熱效果分析

在結(jié)晶器冷卻方面，銅板材質(zhì)和冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是影響板坯外形尺寸和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，所以，倒角結(jié)晶器由直角結(jié)晶器的4個(gè)直角改變到8個(gè)弧度鈍角，能夠減緩板坯角部溫度的快速流逝。因此設(shè)計(jì)窄邊銅板有弧形角度的結(jié)晶器，力求從溫度場(chǎng)分布方面改善鑄坯角部冷卻強(qiáng)度。倒角結(jié)晶器和直角結(jié)器的銅板結(jié)構(gòu)不同，窄邊銅板角部設(shè)計(jì)為倒角弧半徑60°～62°的倒角，保證角部鑄坯的冷卻更加穩(wěn)定，從而改善鑄坯角部的冷卻強(qiáng)度；相對(duì)于直角結(jié)晶器銅板，角部低溫區(qū)擴(kuò)展趨勢(shì)得到遏制。倒角結(jié)晶器銅板寬面最高溫度為353℃，窄面最高溫度為318℃，角部低溫區(qū)最高溫度為293℃。角部低溫區(qū)最高溫度與寬面最高溫度相差53℃，結(jié)晶器銅板溫度分布更加均勻，有利于提高初始凝固坯殼質(zhì)量均勻性。

3.3 倒角結(jié)晶器足輥改造

使用倒角結(jié)晶器后，鑄坯角部冷卻強(qiáng)度明顯降低，鑄坯角部溫度較直角板坯溫度有了明顯提高，鑄坯角部溫度提高使初生坯殼變薄容易出現(xiàn)鼓肚等缺陷。為了解決鑄坯角部鼓肚等缺陷，設(shè)計(jì)了與坯型相吻合的倒角足輥，使剛出結(jié)晶器的坯殼角部得到有效支撐，減輕鑄坯角部鼓肚及靜壓力，從而進(jìn)一步改善鑄坯角部質(zhì)量。足輥調(diào)整參數(shù)：第1道輥，0 mm（即低于銅板下口工作面0 mm）；第2道輥，0.5 mm；第3道輥，1.0 mm；第4道輥，1.5 mm。

4 倒角結(jié)晶器在不銹鋼連鑄的生產(chǎn)應(yīng)用

4.1 2#連鑄機(jī)工藝裝備

泰山鋼鐵不銹鋼事業(yè)部2#連鑄機(jī)為1機(jī)1流直弧形連鑄機(jī)，具有漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)、液面自動(dòng)控制系統(tǒng)和自動(dòng)加渣系統(tǒng)、結(jié)晶器液壓振動(dòng)裝置、動(dòng)態(tài)輕壓下系統(tǒng)、電磁攪拌系統(tǒng)、去毛刺機(jī)等，具備鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼、超純鐵素體不銹鋼及馬氏體不銹鋼的生產(chǎn)能力。

連鑄機(jī)技術(shù)參數(shù)：一機(jī)一流直弧型連鑄機(jī)，鑄機(jī)半徑9 000 mm，彎曲區(qū)長(zhǎng)度15 627.23 mm，矯直區(qū)長(zhǎng)度2 786.61 mm，正常拉速0.8～1.8 m/min，最大拉速2.0 m/min，鑄坯規(guī)格（200～220）×（800～1 600）mm，鑄機(jī)作業(yè)率＞85%，鑄機(jī)能力年產(chǎn)合格鑄坯60～80萬(wàn)t。

4.2 倒角結(jié)晶器冷卻水及錐度優(yōu)化

倒角結(jié)晶器投入使用后鑄坯角部冷卻強(qiáng)度明顯改善，同時(shí)在400系不銹鋼板坯寬度及坯型控制上更加便捷，實(shí)施結(jié)晶器在線調(diào)寬。在保證澆注安全和順行的情況下，可根據(jù)熱坯寬度和外形尺寸調(diào)整一冷、二冷水配水量，使鑄坯角部、表面振痕更規(guī)則，并且振痕深度由1.0 mm降至0.7 mm以下，為下一步開發(fā)超純高檔不銹鋼和高附加值不銹鋼奠定了良好的設(shè)備基礎(chǔ)。結(jié)晶器水量寬邊水3 200～3 800 L/min、窄邊水350～420 L/min；二冷水量見表1。

表1 二冷水量控制范圍L/min

為了改善結(jié)晶器傳熱系數(shù)，結(jié)晶器選擇合適的錐度。過大的錐度會(huì)造成坯殼與結(jié)晶器之間摩擦力增大，加劇結(jié)晶器鍍層磨損，影響結(jié)晶器的使用壽命；錐度過小會(huì)使結(jié)晶器壁與坯殼之間的氣隙增大，傳導(dǎo)熱流減小，坯殼變薄，不利于400系不銹鋼鑄坯寬度控制，更容易發(fā)生漏鋼或造成鑄坯角部縱裂紋等缺陷。400系鋼種特性膨脹系數(shù)大，選擇合適的結(jié)晶器錐度設(shè)定尤為重要，對(duì)400系鑄坯坯型控制起到關(guān)鍵作用。倒角結(jié)晶器收縮因子由0.976調(diào)整到0.988，錐度設(shè)定控制在1.10%～1.15%，鑄坯寬度0～15 mm，達(dá)標(biāo)率保持在92%以上，為軋制板形控制創(chuàng)造了條件。

4.3 倒角坯與直角坯溫度對(duì)比分析

采用倒角結(jié)晶器從溫度及應(yīng)力等方面的改善，鑄坯角部組織和角部裂紋、形狀等都得到明顯改善，技術(shù)人員跟蹤下線鑄坯溫度控制情況，用紅外線測(cè)溫儀測(cè)量鑄坯角部、表面、窄邊的溫度。倒角鑄坯與直角鑄坯的矯直溫度也有了明顯提高，測(cè)量扇形段矯直區(qū)倒角鑄坯比直角鑄坯窄面溫度高95℃，鑄坯出扇形段溫度高46℃，切割區(qū)溫度高33℃，比直角鑄坯溫度高50～80℃。使用倒角結(jié)晶器后測(cè)扇形段矯直區(qū)溫度也有所提高，有效降低了鑄坯拉應(yīng)力和應(yīng)力集中對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響，避開了高溫矯直脆性區(qū)，角部應(yīng)力減小，鑄坯倒角部位弧度圓滑、平整，無(wú)折疊的缺陷；鑄坯溫度的提高滿足了熱裝熱送要求，為熱軋工序的熱裝軋制創(chuàng)造了有利條件。各區(qū)間鑄坯溫度見表2。

表2 各區(qū)間鑄坯溫度℃

4.4 鑄坯組織的對(duì)比分析

倒角結(jié)晶器在400系不銹鋼連鑄機(jī)的應(yīng)用，倒角結(jié)晶器寬邊、窄邊冷卻方式較直角結(jié)晶器不同，采取低過熱度澆注，中間包鋼水過熱度控制在15～20℃。配水參數(shù)，比水量控制在1.05～1.25 L/kg。實(shí)施恒拉速澆注，降低了鑄坯冷卻強(qiáng)度，提高了鑄坯組織等軸晶率，對(duì)內(nèi)部組織中心疏松、角部裂紋、柱狀晶等指標(biāo)的控制起到了很好的作用。在電磁攪拌同等條件下（電磁攪拌電流300～350 A，頻率4.0～5.0 Hz），倒角結(jié)晶器等軸晶率較直角結(jié)晶器等軸晶率提高20%～30%。鑄坯內(nèi)部組織見表3。

表3 鑄坯等軸晶比例

5 應(yīng)用效果

采用倒角結(jié)晶器生產(chǎn)400系不銹鋼鑄坯，經(jīng)過爐卷軋機(jī)軋制后，鋼帶狹縫線的寬度明顯改善，使狹縫線的單邊寬度由25 mm降至15 mm以內(nèi)。提高了冷軋帶鋼的成材率1.5%～3.0%，為客戶創(chuàng)造了更高利潤(rùn)，使泰山品牌的產(chǎn)品進(jìn)一步得到市場(chǎng)認(rèn)可，增加產(chǎn)品市場(chǎng)占有率，滿足了BA板、家電板等高端用戶對(duì)鋼帶表面色澤、光亮度等要求。400系不銹鋼板坯連鑄機(jī)倒角結(jié)晶器應(yīng)用技術(shù)開發(fā)，有效降低了鑄坯角部裂紋缺陷的發(fā)生，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)步提升，增加了產(chǎn)品銷量和產(chǎn)量。使用倒角結(jié)晶器后，板坯寬度達(dá)標(biāo)率0～15 mm達(dá)到92%，比直角結(jié)晶器提高了16%，鋼帶兩側(cè)狹縫線寬度較直角結(jié)晶器鋼帶各降低了10 mm，提高了鋼帶利用率。

6 結(jié)語(yǔ)

400系不銹鋼板坯連鑄機(jī)倒角結(jié)晶器應(yīng)用技術(shù)成功開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了倒角結(jié)晶器在400系不銹鋼連鑄領(lǐng)域的應(yīng)用。倒角結(jié)晶器的應(yīng)用降低了熱軋鋼帶狹縫線的寬度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，為開發(fā)高檔不銹鋼品種奠定了基礎(chǔ)。