中天鋼鐵提高連鑄坯質(zhì)量的技術(shù)改造研究

萬文華

中天鋼鐵集團(tuán)有限公司，江蘇常州 213013

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，我國鋼鐵冶煉技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，特別是我國鋼鐵連鑄產(chǎn)量不斷提升，技術(shù)含量也在增加。由于我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，不同的鋼材在各個(gè)行業(yè)中都得到了不同的運(yùn)用，很多板坯、圓坯以及管坯等板坯連鑄機(jī)在新世紀(jì)投入了使用。在這個(gè)過程中，不僅促進(jìn)了我國鋼鐵冶金技術(shù)的設(shè)備信息現(xiàn)代化進(jìn)程，而且為冶煉鋼材節(jié)約了大量的財(cái)力、物力。同時(shí)，由于我國鋼材技術(shù)與國外先進(jìn)技術(shù)還存在很大的差距，所以連鑄板坯技術(shù)還要進(jìn)一步優(yōu)化和發(fā)展，這樣才能夠從根本上促進(jìn)我國鑄坯技術(shù)的向前發(fā)展。

1 新世紀(jì)我國鋼鐵技術(shù)發(fā)展概況與中天集團(tuán)簡介

1.1 中國鋼鐵工業(yè)發(fā)展概況

在進(jìn)入21 世紀(jì)以來，我國經(jīng)濟(jì)繼續(xù)保持了高速的增長，而且鋼鐵工業(yè)繼續(xù)保持高產(chǎn)高效的發(fā)展態(tài)勢。我國鋼鐵市場的不斷發(fā)展，不僅得益于國內(nèi)市場的需求，而且隨著我國經(jīng)濟(jì)繼續(xù)的深入發(fā)展，鋼材的需求會(huì)進(jìn)一步增加。但是，由于資源與環(huán)境的制約，中國要繼續(xù)加強(qiáng)鋼鐵技術(shù)的發(fā)展，走可持續(xù)健康的發(fā)展態(tài)勢。這樣不僅能滿足國內(nèi)自身發(fā)展的需要，而且能節(jié)約大量的資源，實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好型、資源節(jié)約型的發(fā)展。

1.2 中天集團(tuán)簡介

中天鋼鐵集團(tuán)有限公司位于長江三角洲中心地帶——常州，南靠312 國道，北依滬寧高速公路與滬寧鐵路，西臨沿江高速公路，而京杭大運(yùn)河穿廠而過，距離南京、上海航空港150 公里，交通十分方便。2009 年，集團(tuán)成為鋼鐵研究總院——研究應(yīng)用基地，2010 年12 月，集團(tuán)院士工作站正式掛牌成立，我國工程院士干勇帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)，研究出一批高技術(shù)含量、高附加值的產(chǎn)品，對(duì)集團(tuán)的發(fā)展具有非常重要的影響作用。集團(tuán)現(xiàn)在每噸綜合耗能為0.595 噸標(biāo)煤，耗水3.8 噸，環(huán)保指標(biāo)達(dá)到國家的先進(jìn)發(fā)展水平，而且集團(tuán)是常州首家百億企業(yè)和五星級(jí)企業(yè)，2012 年，中國企業(yè)排名69 位，民營企業(yè)500 強(qiáng)第12 位。本文主要分析中天鋼鐵集團(tuán)的連鑄坯技術(shù)，簡要說明了連鑄坯改造技術(shù)的方法與內(nèi)容，希望對(duì)中天鋼鐵集團(tuán)的發(fā)展提供一定的參考意見。

在連鑄坯技術(shù)發(fā)展過程中，中天的工藝和生產(chǎn)流程還是比較先進(jìn)的，通過不同的技術(shù)改造，先后在市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中取得了良好的發(fā)展成績。早在1985 年，就實(shí)現(xiàn)了全連鑄，顯著提高了我國鑄坯技術(shù)。隨著鋼材技術(shù)的不斷發(fā)展，外國鋼材企業(yè)的陸續(xù)進(jìn)入我國市場，對(duì)我國鋼鐵企業(yè)產(chǎn)生重要的影響。本文著重分析了中天鋼鐵連鑄坯技術(shù)，希望對(duì)我國鋼鐵企業(yè)產(chǎn)生積極的參考意義。

2 連鑄坯技術(shù)改造的必要性

2.1 鐵水脫硫能力不足

中天鋼鐵在引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)時(shí)，鐵水脫硫能力在鋼鐵技術(shù)中占有非常重要的地位。但是，在長期的實(shí)踐過程中，不斷的對(duì)原有技術(shù)進(jìn)行了處理與改造，雖然改造后的鐵水脫硫能力有很大的提高，還是不能滿足集團(tuán)發(fā)展的需要。而且，隨著國家和諧社會(huì)建設(shè)的提出，對(duì)環(huán)保要求也越來越高，因此提高鐵水脫硫技術(shù)就顯得非常重要。根據(jù)國內(nèi)外先進(jìn)鋼鐵企業(yè)的實(shí)踐表明，用優(yōu)質(zhì)鐵水進(jìn)行脫硫，是提高鋼材質(zhì)量、增加企業(yè)效益的重要環(huán)境，所以中天鋼材集團(tuán)不斷加強(qiáng)鐵水脫硫技術(shù)增加企業(yè)效益，而提高中天鋼材的產(chǎn)品以及銷售量，成為中天集團(tuán)要解決的重要問題。

2.2 全弧形鑄機(jī)不能生產(chǎn)高質(zhì)量板坯

全弧形的鑄機(jī)固有的缺點(diǎn)是鑄坯內(nèi)的夾雜物分布不均衡，不易上浮，夾雜物聚集在內(nèi)弧四分之一的地方，而且鑄坯單點(diǎn)彎曲矯直，內(nèi)部容易引起裂紋。并且，內(nèi)外弧冷卻不均勻，這樣就造成了鑄坯中心偏析。但是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)鋼材的要求越來越高，所以，鑄坯中夾雜物的聚集對(duì)鋼材的冶煉是非常有害的。目前，很多發(fā)達(dá)國家都采取了直弧型鑄機(jī)，而且日本已經(jīng)普遍采取了該項(xiàng)技術(shù)，所以，要不斷加強(qiáng)直弧形鑄機(jī)在鋼材冶煉過程中的運(yùn)用。

另外，在冶煉的過程中，中間的容量比較小，這樣，鋼水停留的時(shí)間比較短，造成鋼水中的夾雜物和鋼液就很難去除，中間容量小給多爐一起澆注帶來不便，如果更換大容量，就要降低拉坯的速度，鋼水液面常常處于臨界高度澆注，就很容易形成鋼液的殘?jiān)Ｔ谖覈笕萘繚沧⑷狈︿撍略O(jiān)控技術(shù)，沒有辦法實(shí)現(xiàn)整個(gè)過程鋼液的澆注，這樣就會(huì)有一定量的鋼材產(chǎn)生二次氧化，影響鋼材冶煉的純度。

2.3 結(jié)晶系統(tǒng)不完善

我國目前一般采用的結(jié)晶器系統(tǒng)一般偏小700mm、液面高度為600mm，但是我國鑄機(jī)無液面自動(dòng)控制裝置和振動(dòng)裝置比較落后，在實(shí)際冶煉的過程中不是振幅偏小就是振幅偏大，冷卻水量小，水縫設(shè)計(jì)不合理，這些問題的存在，既影響鑄坯的質(zhì)量，又影響爐機(jī)匹配銜接和拉坯速度。而且在二次系統(tǒng)冷卻之后，我國鑄機(jī)儀表可靠性比較差，不能實(shí)現(xiàn)二次冷卻閉環(huán)控制。再加上我國鑄機(jī)的自動(dòng)化設(shè)備比較落后，信息化程度不高，而且有些設(shè)備的零部件無法訂購，存在無法修復(fù)的可能性，機(jī)械的精密程度嚴(yán)重影響到鑄機(jī)的正常運(yùn)行和鑄坯的質(zhì)量。

2.4 鑄機(jī)單點(diǎn)矯直問題

根據(jù)正確的計(jì)算，當(dāng)坯厚為250mm 時(shí)，拉坯速度為1m/min 時(shí)，單點(diǎn)矯直的變化應(yīng)該是0.5%，而且這是綜合應(yīng)變的允許值。所以，在鑄機(jī)澆鑄250mm 厚鑄坯時(shí)，拉速只能控制在1m/min 之內(nèi)。這樣，為了防止帶液芯矯直，也只能采取比較低的拉坯速度，這樣就導(dǎo)致鑄機(jī)與轉(zhuǎn)爐銜接匹配比較困難，當(dāng)轉(zhuǎn)爐達(dá)到80 噸之后，爐機(jī)匹配的問題就更加明顯，溫度不能進(jìn)行有效的控制，既影響鑄坯的質(zhì)量，也影響鑄機(jī)的正常運(yùn)行。

2.5 拉矯機(jī)輥距太大

拉矯機(jī)輥距大一般為500mm，個(gè)別達(dá)到515mm，由于拉矯機(jī)輥距過大，大部分輥?zhàn)犹庤T坯兩相界的綜合應(yīng)變都超過了0.5%，最大綜合應(yīng)變達(dá)到0.63%(比水量0.8L/kg 時(shí))，因此在生產(chǎn)對(duì)裂紋較敏感的鋼種時(shí)鑄坯易產(chǎn)生內(nèi)裂和沿鑄坯表面的振動(dòng)痕跡線上產(chǎn)生橫裂。這樣，為了正常生產(chǎn)，拉速就要降低，從而鑄坯表面溫度也隨之下降，對(duì)一些澆注高溫脆化溫度較高的鋼種，在矯直區(qū)域易產(chǎn)生脆化溫度較高的鋼種，在矯直區(qū)域易產(chǎn)生高脆化裂紋，單點(diǎn)矯直時(shí)更甚。所以，要采取先進(jìn)的技術(shù)，才能夠滿足現(xiàn)代市場對(duì)新型鋼材的需求。

3 加強(qiáng)鑄坯技術(shù)改造的對(duì)策

3.1 擴(kuò)大鐵水脫硫能力

建立噴吹式脫硫站。針對(duì)實(shí)際的情況，建立新的噴吹式脫硫站，按照脫硫的技術(shù)考慮，脫硫后鐵水含量要低于0.010%，深脫硫的任務(wù)由其它的脫硫站承擔(dān)。要選擇價(jià)格低廉，而且不需要特殊防護(hù)的CaO 脫硫劑，這樣能夠節(jié)約成本，又能夠?qū)崿F(xiàn)鐵水脫硫的效果。

增加機(jī)械攪拌式脫硫站。要在原來機(jī)械攪拌式脫硫技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行不斷的創(chuàng)新，因?yàn)樵瓉淼募夹g(shù)水平已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代鋼鐵冶煉技術(shù)的發(fā)展。而且要加強(qiáng)脫硫處理前后鐵水降溫的情況，機(jī)械攪拌式脫硫站的處理情況比噴吹式處理方式要優(yōu)越，但是這種脫硫站建設(shè)存在的問題是設(shè)備比較復(fù)雜，特別是液壓式攪拌系統(tǒng)是國產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備，而且有些設(shè)備的零部件可共用，也可以節(jié)約大量的成本。脫硫站的建設(shè)，花費(fèi)的成本低、消耗的人力成本少，生產(chǎn)率比較高，投入的費(fèi)用相對(duì)比較低，而獲得的收益則比較大。

3.2 加強(qiáng)鑄機(jī)的改造

要積極加強(qiáng)鑄機(jī)的改造，鑄機(jī)的改造要按照公司的總體規(guī)劃的設(shè)計(jì)方案，分步驟，有計(jì)劃的實(shí)施。要在原有弧型板坯鑄機(jī)不足的情況下，積極借鑒國外或者國內(nèi)先進(jìn)的技術(shù)改造或者新建板坯鑄機(jī)，這樣才能夠不斷提高鋼鐵冶煉的技術(shù)和質(zhì)量。采用直弧形鑄機(jī)，要在生產(chǎn)、管理、改造資金等基礎(chǔ)上進(jìn)行仔細(xì)的考慮，在改造的過程中要采取可行性、投資比較少、工程量比較少、節(jié)約成本的改造方案，而且在選擇鑄機(jī)的過程中要選擇性能優(yōu)良的設(shè)備。

在直弧型鑄機(jī)彎矯方式選擇方面要注意以下幾點(diǎn)：帶液芯彎曲矯直的直弧型板坯鑄機(jī)其輥列設(shè)計(jì)主要分為三類：一是由日本研究設(shè)計(jì)的多點(diǎn)彎曲、多點(diǎn)矯直技術(shù)是直弧型機(jī)，二是由奧鋼聯(lián)設(shè)計(jì)的漸近彎曲、連續(xù)矯直技術(shù)的直弧型機(jī)，三是由康卡斯特研究設(shè)計(jì)的連續(xù)彎曲、連續(xù)矯直的直弧型機(jī)。在帶液芯彎矯理論的基礎(chǔ)上，鑄坯內(nèi)裂敏感的鑄坯兩相區(qū)變化的控制技術(shù)得到了良好的發(fā)展。而且研究的成果表明，鑄坯兩相區(qū)的綜合應(yīng)變大小對(duì)鑄坯內(nèi)部裂縫具有很大的影響。所以要把綜合應(yīng)變值控制在比較低的水平，普碳鋼的綜合應(yīng)變要控制在0.4%～0.5%以內(nèi)。直弧型鑄機(jī)在鑄流坯殼較薄時(shí)經(jīng)受彎曲變形引起內(nèi)部裂縫的情況，可以采取分節(jié)輥細(xì)輥密排連續(xù)彎曲來避免這樣情況發(fā)生。在改造的過程中，要積極采取先進(jìn)的改造技術(shù)，采用連續(xù)布置的多點(diǎn)彎矯或連續(xù)(漸近)彎矯方式。

3.3 鑄機(jī)的參數(shù)要求及質(zhì)量

在進(jìn)行改造的過程中，在澆注平臺(tái)不變，廠房允許的情況下，鑄機(jī)的弧形半徑與直線段高度要盡可能大些一般情況下基本弧形半徑大于8m，直線段小于2m，主要采取的技術(shù)措施為鋼包-中間包鋼流用帶氬封的長水口保護(hù)和機(jī)械化操作，鋼包水口下渣自動(dòng)檢測技術(shù)及鋼包加蓋裝置以及中間包水口更換技術(shù)，要增大冷卻水量以及壓力，采用高振頻、小振幅振動(dòng)技術(shù)，而且要考慮在線停機(jī)電動(dòng)調(diào)寬技術(shù)。積極發(fā)展二次冷卻技術(shù)而且要實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)控制，采取電磁攪拌裝置和多功能輥縫測量技術(shù)，鑄流導(dǎo)向輥列布置采用分節(jié)輥細(xì)輥密集排列。

鑄機(jī)的參數(shù)要求圖（一）

改造成直弧型板坯鑄機(jī)后鑄坯的質(zhì)量要達(dá)到以下要求，鑄坯的合格率要在99.8%以上，坯表面質(zhì)量無清理率≥98%，鑄坯在最終矯直點(diǎn)處的表面溫度≥900℃，中心線裂紋發(fā)生率為0，鑄坯厚度±2.5mm，寬度±0.5%，翹曲度≤4mm/m，側(cè)向彎曲≤4mm/m，中間包鋼水夾雜物去除率≥65%。

3.4 提高連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量

鑄坯內(nèi)部質(zhì)量是指低部結(jié)構(gòu)、中心疏松、成分偏析和裂紋。鑄坯在經(jīng)過高溫加工之后，有的缺點(diǎn)可以消失、但是有的會(huì)產(chǎn)生變形、有的則原封不動(dòng)的保存下來，因此要不斷的改善鑄坯內(nèi)部的質(zhì)量，具體的做法是：加強(qiáng)鑄坯結(jié)構(gòu)的控制，首先是擴(kuò)大鑄坯中心等軸晶區(qū)，限制柱狀晶的生長，這樣就能夠減輕中心疏松和中心偏析。因此，要采用鋼水低過熱度澆注、電磁攪拌等技術(shù)就能夠提高鑄坯的質(zhì)量；加強(qiáng)二次冷卻的控制，在二次冷卻區(qū)積極采用計(jì)算機(jī)控制二次冷卻水量分布，使矯直點(diǎn)表面溫度大于900℃，而且要保持鑄坯表面溫度的分布均勻。要對(duì)鑄坯的受力與變形進(jìn)行控制，因?yàn)槎卫鋮s區(qū)受力與變形會(huì)城市不同程度的裂紋，要加強(qiáng)輥縫對(duì)中、壓縮澆鑄技術(shù)以及彎曲矯直等技術(shù)；對(duì)液相穴鋼水流動(dòng)進(jìn)行合理的控制，促進(jìn)夾雜物的上浮，保持其分布均勻，不斷改善浸入式水口設(shè)計(jì)。

3.5 不斷加強(qiáng)連鑄坯表面縱裂的保護(hù)

連鑄坯表面縱裂紋對(duì)軋制產(chǎn)品質(zhì)量的影響是非常明顯的，如深2.5mm、300mm 的縱裂紋在軋制板材上留下1125mm 分層缺陷，裂紋比較嚴(yán)重時(shí)，會(huì)造成產(chǎn)品的報(bào)廢或者拉漏，縱裂紋的產(chǎn)生主要是由結(jié)晶器彎月面初生坯殼厚度的不均勻性產(chǎn)生的，當(dāng)坯殼拉應(yīng)力超過鋼的強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在地殼薄弱處產(chǎn)生應(yīng)力集中，這樣就會(huì)導(dǎo)致斷裂，縱裂的主要原因是結(jié)晶器液面波動(dòng)造成的，當(dāng)液面波動(dòng)大于10mm 時(shí)，縱裂發(fā)生的可能性超過了30%，結(jié)晶器與水口不對(duì)也會(huì)產(chǎn)生偏流沖刷凝固殼，而且保護(hù)渣沒有完全熔化，液渣層太厚或者太薄，這樣就使渣膜厚度不一致，導(dǎo)致局部凝固殼太薄，當(dāng)液渣層小于10mm 時(shí)，縱裂紋就會(huì)明顯的增加。

因此，要不斷加強(qiáng)縱裂發(fā)生的保護(hù)措施，具體要做到以下幾個(gè)方面，一是結(jié)晶器與水口要對(duì)中，保持結(jié)晶器液面波動(dòng)穩(wěn)定在±10mm，而且結(jié)晶器的錐度要準(zhǔn)確合適，結(jié)晶器與二次冷卻區(qū)上部對(duì)弧要準(zhǔn)，采用熱頂結(jié)晶器，即在彎月面區(qū)75mm銅板內(nèi)鑲?cè)氩讳P鋼等導(dǎo)熱性差的材料，減少了彎月面區(qū)熱流50%～70%，延緩了坯殼收縮，減輕了凹陷，因而也減小了縱裂發(fā)生幾率。

4 結(jié)論

中天鋼鐵集團(tuán)提高鑄坯技術(shù)改造，既是提高中天集團(tuán)冶煉技術(shù)的需要，也是提高中天國內(nèi)國際競爭力的需要。所以，要采取積極的應(yīng)對(duì)方針，遵循節(jié)約、有步驟、按照計(jì)劃實(shí)施。要不斷加強(qiáng)鐵水脫硫站的建設(shè)，改進(jìn)加工技術(shù)，擴(kuò)大脫硫能力，為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼材、連鑄坯創(chuàng)造良好的條件。在改造的過程中，直弧半徑大于8m，直線段要大于2m，而且要推廣新的技術(shù)和工藝，擴(kuò)大中天集團(tuán)的影響力，促進(jìn)中天集團(tuán)的更大發(fā)展。

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