天鐵煉鋼廠圓坯質(zhì)量的提高

楊文軍，李曉平

（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司煉鋼廠，河北056404）

0 引言

天鐵公司煉鋼廠圓坯連鑄機(jī)自建成投產(chǎn)以來，陸續(xù)出現(xiàn)了表面裂紋、氣泡、夾雜、彎曲、橢圓度超標(biāo)等質(zhì)量缺陷，僅氣孔廢品經(jīng)修磨精整后仍有相當(dāng)一部分鑄坯因修磨深度超標(biāo)而報(bào)廢。在雨季氣孔缺陷最嚴(yán)重時(shí)，修磨后報(bào)廢比例高達(dá)80%以上，單批次產(chǎn)品最大報(bào)廢量超過300 t，致使勞動(dòng)強(qiáng)度急劇上升。裂紋嚴(yán)重引起漏鋼后，鋼水單耗成本隨之增加，鑄機(jī)作業(yè)率偏低，對(duì)標(biāo)時(shí)發(fā)現(xiàn)這些指標(biāo)與同行相比差距很大。因而在煉鋼廠開展了提質(zhì)降耗攻關(guān)活動(dòng)，以控制圓坯質(zhì)量缺陷，提高圓坯質(zhì)量合格率。

1 圓坯連鑄機(jī)工藝參數(shù)

工藝路線：轉(zhuǎn)爐鋼水→LF 精煉爐→連鑄；

轉(zhuǎn)爐公稱容量：45 t；

機(jī)型：一機(jī)五流，多點(diǎn)矯直弧型連鑄機(jī)；

斷面：Ф150 mm，Ф180 mm，Ф210 mm；

定尺長(zhǎng)度：6～10 m；

鑄機(jī)弧形半徑：9 m；

冶金長(zhǎng)度：24 m；

流間距：1 300 mm；

結(jié)晶器類型：管式弧形結(jié)晶器安裝外置式電磁攪拌及液面檢測(cè)裝置；

銅管：長(zhǎng)850 mm 內(nèi)表面鍍鉻，磷脫氧銅；

振動(dòng)：無干擾復(fù)式全板簧振動(dòng)；

振幅：0～6 mm（連續(xù)可調(diào)）；

振頻：50～274 次/min（變頻調(diào)速）；

中間包容量：24～28 t T 形（含擋渣墻）。

2 原因分析

2.1 鋼水成分對(duì)圓坯質(zhì)量的影響

（1）P＞0.017%，鋼的高溫強(qiáng)度和塑性顯著降低；S＞0.015%，造成鋼的熱脆，鋼的高溫強(qiáng)度和塑性大大降低，低熔點(diǎn)Fe-FeS 共晶體（熔點(diǎn)985 ℃）成網(wǎng)狀分布于晶界處，造成晶界的破裂,成為裂紋起源。若鋼水中Pb、As 等微量元素超標(biāo)也會(huì)增加裂紋敏感性[1]。

（2）當(dāng)鋼液中[O]＞（100～150）×10-6、[N]＞（120～150）×10-6或[H]＞（6～8）×10-6時(shí)，則鋼在凝固過程中極可能產(chǎn)生氣孔[1]。經(jīng)我廠技術(shù)人員實(shí)際測(cè)定，LF 爐處理后，鋼中[O]含量為（20～40）×10-6、[N]含量為（50～80）×10-6，且連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣中水分含量均在0.5%以下，由此排除了以上可能導(dǎo)致鑄坯產(chǎn)生表面氣孔的原因。

后來我廠購(gòu)進(jìn)了專用定氫設(shè)備，對(duì)轉(zhuǎn)爐出鋼后和LF 爐精煉后鋼液中的[H]含量進(jìn)行了測(cè)定，85%以上爐次[H]含量都超過6×10-6，由此確定鋼液中[H]含量過高是導(dǎo)致圓管坯產(chǎn)生表面氣孔質(zhì)量缺陷的根本原因。

我廠所煉圓坯鋼種全部經(jīng)過LF 爐精煉，出鋼時(shí)在鋼包內(nèi)加入合成渣及白灰進(jìn)行渣洗脫氧脫硫工藝，為精煉造白渣創(chuàng)造條件。排查工序操作發(fā)現(xiàn)在空氣中放置兩天的精煉白灰吸水量可高達(dá)18%以上，致使出鋼時(shí)加入造渣物料的爐次和不加的爐次相比，鋼水[H]含量相差2×10-6～4×10-6。

（3）另外鋼中氧、鋁含量高，容易造成鋼水發(fā)粘、流動(dòng)性差，中間包水口結(jié)瘤，結(jié)晶器液面上下波動(dòng)頻繁，會(huì)使結(jié)晶器彎月面處坯殼薄厚不均勻，進(jìn)而產(chǎn)生裂紋、夾渣和橢圓度超標(biāo)等缺陷，見圖1。

2.2 結(jié)晶器對(duì)圓坯質(zhì)量的影響

（1）結(jié)晶器內(nèi)部存在0.7～1.2 MPa 的水壓，密封結(jié)構(gòu)的合理性對(duì)于結(jié)晶器使用中的安全性及保證生產(chǎn)順利進(jìn)行至關(guān)重要[2]。我廠橢圓度超標(biāo)在更換結(jié)晶器后廢品情況明顯減輕。下線拆檢后發(fā)現(xiàn)結(jié)晶器銅管過燒，其密封結(jié)構(gòu)不合理，內(nèi)水套與外水套分水腔處密封不嚴(yán)密，水縫不均勻。

（2）結(jié)晶器振幅大、偏擺嚴(yán)重時(shí)也會(huì)使彎月面處鋼液波動(dòng)程度大，易發(fā)生鑄坯裂紋。振動(dòng)參數(shù)實(shí)測(cè)：北側(cè)/南側(cè)振幅均為±4.5 mm，偏擺分別為0.10 mm/0.06 mm，均在正常范圍。但是在平穩(wěn)性測(cè)評(píng)時(shí)發(fā)現(xiàn)保護(hù)渣和撈出來的渣球散落到振動(dòng)板簧上，導(dǎo)致振動(dòng)有卡阻。

（3）連鑄機(jī)采用了結(jié)晶器電磁攪拌，在電磁力作用下，鋼水旋轉(zhuǎn)促使氣體和夾雜物向中心集中上浮，提高了表面和皮下清潔度[2]。但是我廠生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)電磁攪拌漏水時(shí)圓坯廢品率偏高，在維修電磁攪拌時(shí)調(diào)小了電流強(qiáng)度，結(jié)晶器液面卷渣出現(xiàn)結(jié)疤廢品的頻次減少。

（4）開澆操作不熟練，手動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)。因人員老化調(diào)崗、分流頻繁，開澆操作時(shí)新手不熟練，為控制結(jié)晶器液面，手動(dòng)起步時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)30 個(gè)流次開澆操作進(jìn)行了跟蹤統(tǒng)計(jì)，情況如表1 所示。

表1 開澆統(tǒng)計(jì)表

2.3 保護(hù)渣對(duì)圓坯質(zhì)量的影響

圖2 為φ210 mm 斷面圓坯表面質(zhì)量與保護(hù)渣熔化溫度、熔化速度的關(guān)系[3]。由圖2（a）可見，對(duì)于φ210 mm 斷面的圓坯，當(dāng)熔化溫度在1 130～1 230℃時(shí)，鑄坯表面質(zhì)量較好。熔化溫度＞1 230 ℃或＜1 130 ℃時(shí)，鑄坯易產(chǎn)生表面縱裂。要防止縱裂的發(fā)生，就要將φ210 mm 斷面保護(hù)渣的熔化溫度控制在1 150 ℃左右。

由圖2（b）可見，當(dāng)保護(hù)渣熔速大于50 s 時(shí)，圓坯易發(fā)生縱裂，保護(hù)渣熔速在40～50 s 范圍內(nèi)，鑄坯的表面質(zhì)量較好。

圖1 圓坯裂紋同鋼水Al 含量點(diǎn)陣圖

2.4 耐材對(duì)圓坯質(zhì)量的影響

（1）水口浸入深度會(huì)改變結(jié)晶器內(nèi)流場(chǎng)見圖3。水口插入過深，會(huì)使雜質(zhì)、氣泡上浮慢；過淺易造成結(jié)晶器內(nèi)液面翻騰，破壞保護(hù)渣三層結(jié)構(gòu)，影響保護(hù)渣作用的正常發(fā)揮，導(dǎo)致潤(rùn)滑、傳熱不良，增大拉鋼過程中的拉應(yīng)力。加上電磁攪拌漏水或冷卻不均，頻繁出現(xiàn)漏鋼、縱裂。

圖2 保護(hù)渣熔化溫度和熔化速度與表面裂紋關(guān)系圖

圖3 結(jié)晶器內(nèi)流場(chǎng)分布圖

（2）中間包烘烤時(shí)間過長(zhǎng)，包蓋打結(jié)料掉落，包底涂抹偏厚，高于水口頂部，打結(jié)料在上水口碗部聚集，阻礙塞棒下移，塞棒被氧化掉塊，與浸入式水口咬合不嚴(yán)密，結(jié)晶器液面波動(dòng)超過要求，造成鋼液出現(xiàn)偏流，使坯殼厚度不均勻從而產(chǎn)生廢品。

（3）因水口烘烤不良、澆鋼時(shí)間長(zhǎng)，水口崩裂或渣線部位穿孔，引起結(jié)晶器液面不穩(wěn)，造成鑄坯表面渣坑和裂紋。

3 控制措施

（1）對(duì)轉(zhuǎn)爐進(jìn)行了復(fù)吹改造，改造后爐內(nèi)攪拌充分，吹煉終點(diǎn)碳氧積降低，同時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)爐出鋼脫氧劑加入種類及加入量。

（2）規(guī)范LF 爐精煉過程各階段底吹供氬強(qiáng)度。鋼水軟吹10 min，鎮(zhèn)靜5 min，精煉后喂硅鈣線，若碳含量偏低，喂鋁線。

（3）入爐原料在入爐前先進(jìn)行水分檢測(cè)和溫火烘烤，去除內(nèi)部的水汽，降低鋼水中[H]含量。

（4）改造結(jié)晶器，水套、銅管之間安裝8 個(gè)×2 組計(jì)16 個(gè)鎖緊螺釘以調(diào)整固定水縫。利用0 型密封圈不受外力的特點(diǎn)，密封內(nèi)水套與外水套的分水腔處、液位檢測(cè)裝置及噴淋水管。上、下法蘭采用康卡斯特和達(dá)涅利結(jié)構(gòu)形式密封。

（5）將結(jié)晶器使用壽命控制在1 000 t 左右，到期就更換。適當(dāng)?shù)亟档徒Y(jié)晶器水量，以抑制坯殼過早收縮，減輕初生坯殼收到的應(yīng)力，使鑄坯凹陷得到有效改善。

（6）采用多點(diǎn)矯直技術(shù)，選擇輥型最佳的輥?zhàn)樱⒏鶕?jù)生產(chǎn)情況隨時(shí)調(diào)整拉矯壓力。將壓痕控制在1 mm 以下，鑄坯矯直時(shí)延伸率控制在0.15%以下。

（7）同時(shí)調(diào)整結(jié)晶器保護(hù)渣，使液渣層厚度在8~10 mm，液渣消耗均勻。依據(jù)保護(hù)渣熔化溫度和熔化速度對(duì)裂紋的影響確定φ210 mm 斷面選用B 廠調(diào)整成分后的YD-6#保護(hù)渣；φ150 mm 斷面選用B廠調(diào)整成分后的YX-1#保護(hù)渣。

（8）及時(shí)更換、清理、維護(hù)包蓋，嚴(yán)格控制包底涂抹厚度，避免了雜物聚集在水口碗部。聯(lián)系廠家進(jìn)行座磚、水口改型，加高座磚，延長(zhǎng)水口（見圖4）。

（9）安裝水口在結(jié)晶器上方或?qū)χ信_(tái)進(jìn)行，中間包烘烤前與開澆前再次檢驗(yàn)對(duì)中情況，防止因中間包車行走偏移造成對(duì)中不良。同時(shí)改進(jìn)水口烘烤裝置，水口外包裹加厚纖維氈，提高保溫效果，澆鋼過程中變換渣線位置澆鋼，浸入深度按120~150 mm 控制。

圖4 中包座磚、水口改造前后對(duì)比圖

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過上述一系列措施的實(shí)施，圓坯的質(zhì)量合格率由91.2%提高到98.4%，鑄機(jī)作業(yè)率上升2%。轉(zhuǎn)爐復(fù)吹改造后，提高了吹煉過程反應(yīng)速度，熔池?cái)嚢韪泳鶆颍瑖嶄撌蚁牧棵黠@降低，鋼鐵料消耗平均比單一頂吹轉(zhuǎn)爐減少4 kg/t 鋼。同時(shí)，廢品量的下降降低了鋼坯精整工的勞動(dòng)強(qiáng)度，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。