高效HPB300小方坯連鑄生產實踐

孫 坤

（陽春新鋼鐵有限責任公司，廣東 陽春 529600）

陽春新鋼鐵有限責任公司煉鋼廠采用120t頂底復吹轉爐→吹氬站→155mm*155mm小方坯連鑄機的生產模式生產HPB300鋼種，采用定徑水口、機械四連桿的振動臺、結晶器液面自動控制及保護渣澆鑄模式。在連鑄生產過程中，拉速達到3.5m/min時鑄坯脫方、低倍內裂紋嚴重，軋制堆鋼事故頻繁，本文針對HPB300鋼種特性，優化連鑄工藝參數，設備條件升級，拉速達到4.5m/min時方坯無脫方，低倍裂紋缺陷可控，實現HPB300鋼種的高效生產。

1 工藝設計

原工藝成分控制。

表1 HPB300鋼種所含成分

2 質量控制情況

連鑄機為R9m弧鑄機，使用155mm*155mm結晶器銅管，銅管長度1m，冷卻零段設計雙排足輥，噴嘴類型為全水壓力噴嘴，保護渣為低碳保護渣。在現有的設備與工藝參數條件下，生產出的方坯取低倍檢測，低倍缺陷如圖1、圖2，缺陷主要存在皮下裂紋、中間裂紋、角部凹陷、對角線裂紋、鼓肚等。在軋制盤條過程中表面存在大量結疤，造成大量成品判廢。

圖1 方坯低倍缺陷圖

圖2 低倍缺陷所處位置圖

3 缺陷原因分析及控制

3.1 角部裂紋

HPB300鋼種拉速達到3.5m/min時，在取鋼坯低倍樣酸洗后角部存在凹陷，距離凹陷位置皮下5mm～10mm有嚴重角部裂紋。鋼水在結晶器冷卻過程中角部二維冷卻強烈，優先形成氣隙，鑄坯表面部分緊貼結晶器銅管內壁凝固收縮，鋼水靜壓力阻止其收縮速度，產生拉應力，在鑄坯拐角處應力最大，容易造成裂紋[1]，同時本文使用結晶器配套足輥寬度135mm，低于鑄坯寬度，對出結晶器下口的鑄坯支撐強度不夠，鑄坯角部位置在鋼水靜壓力和熱應力的作用下向外膨脹，角部形成明顯凹陷，且伴隨著嚴重角部裂紋的產生。針對角部裂紋的控制首先降低鑄坯銅管內的角部傳熱、面部傳熱不均造成的拉應力差異，對銅管內腔重新設計，采用形似梅花型結構的銅管，銅管截面積至上而下逐漸減少，銅管下部截面由原來的四個菱角變成帶有圓弧狀凸起的矩形，提高了銅管傳熱均勻性[2]；其次提高足輥支撐夾持作用，防止角部出現凹陷，重新設計足輥寬度，由原來的135mm調整為145mm，單排足輥調整為雙排足輥，同時改善足輥材質，降低足輥磨損程度。經過優化調整后的角部裂紋產生比例降低至5%以下。

3.2 中間裂紋

二冷區的冷卻強度、均勻性、各段水量的分配等直接影響連鑄坯的質量，特別是二冷區的冷卻強度又與鑄坯的缺陷密切相關。由于坯殼厚度δ是隨時間的增加而增加，即δ=K*t1/2，凝固殼厚達到一定時，坯殼傳熱成為坯殼增長的限制環節，坯殼厚度越大，傳熱阻力越大，溫差也越大，因而冷卻水量Q隨δ的增加而降低，即Q與δ成反比，所以在二冷區根據鑄坯的冷卻不同分成不同的冷卻區。二冷區全水噴嘴型號及各區噴嘴數量如下：

表2 二冷區全水噴嘴型號及各區噴嘴數量

在拉速達到4.0m/min時設定不同冷卻強度跟蹤裂紋趨勢，平均裂紋等級如下：

表3 不同冷卻強度下鑄坯裂紋分級

實踐證明：HPB300鋼種在強冷條件下冷卻強度比水量達到2.4L/kg，對低倍質量無明顯改善作用，低倍裂紋等級高；在比水量低于1.7L/kg的情況下，高拉速鑄坯質量同樣得不到保證，裂紋缺陷不能得到控制，當比水量控至在1.7L/kg～1.8L/kg之間，連鑄生產拉速達到4.0m/min以上，鑄坯低倍中間裂紋等級大幅度降低，滿足高效生產需求。

3.3 對角線裂紋

在實際生產過程中，當鑄坯出現嚴重的脫方時，低倍酸洗樣對角線裂紋嚴重，由此可見，HPB300鋼種對角線裂紋的產生和鑄坯脫方有著密切關系，而常見的鑄坯脫方因素：①鋼水硫高。當鋼水硫含量達到0.030%以上，鑄坯脫方加劇，需要嚴格控制鋼水硫含量。②結晶器銅管磨損。銅管下口磨損，錐度發生變化，鑄坯在結晶器內產生傳熱不均。原來的結晶器銅管在通鋼量達到6000噸時，下口磨損量超過1mm，因此對于影響銅管磨損的主要因素如鑄機弧度維護、結晶器足輥軸承磨損、保護渣的理化性能分別進行優化，鑄機弧度變化值控制在2mm，結晶器足輥軸承出現竄動更換，保護渣降低熔點至1050～1100度，噸鋼消耗水平控制在0.3kg/t。③成分設計優化。主要開展C、Mn元素對鋼水凝固狀態的影響研究來實現控制鑄坯脫方。經生產實踐證明，鑄坯的脫方程度隨著C含量的降低而降低，綜合我廠生產HPB300鋼種的實際情況，實現高效生產需要控制漏鋼事故的發生，因此對鋼水C含量設計避開鋼水的包晶反應區，控制C含量在0.17%～0.21%。鋼水中的Mn含量提高對于控制鑄坯脫方同樣效果明顯，原有工藝參數中平均Mn含量控制在0.35%，由于我廠生產HPB300鋼種時，鋼水中平均S含量在0.025%，錳硫比值為10，而S高時鋼水中生成的FeS熔點低，分布在晶界，引起晶間脆性，容易產生嚴重裂紋，而當錳硫比值大于15時，生成的MnS熔點高，不易形成裂紋，因此根據鋼水中硫含量的控制水平，調整Mn含量在0.55%-0.65%，降低了鑄坯脫方以及對角線裂紋的產生機率。

3.4 中心疏松

HPB300酸洗低倍樣中心存在明顯疏松且夾雜物含量高，對此主要采取以下控制措施：①提高連鑄鋼水的可澆性，在出鋼過程中增加硅鋁鋇20kg進行脫氧處理，降低鋼水中的氧含量。研究表明當Mn/Si控制在3～6時，脫氧產物的顆粒大，便于夾雜物上浮。原成分設計中Si含量12%～0.35%，平均值0.18%，Mn/Si約為1.75，生產夾雜物顆粒小，而Mn含量提高至0.55%～0.65%時，比值增加至3.33，大幅度提高了鋼水的清潔度，降低了鋼水中的夾雜物[3]。②降低連鑄中包澆鑄溫度。原來的典拉溫度為過熱度10～30度，調整澆鑄過熱度8～25度，在低溫區間8～13度拉速達到4.5m/min。

4 設備改造

4.1 振動臺

原有連鑄機振動臺為機械四連桿的振動臺，其缺陷主要為振動穩定性不夠，容易出現偏振，且隨著拉速的提高偏振情況越明顯，容易造成生產漏鋼事故。因此對振動臺進行改造，采用電動缸振動臺，設定滑脫時間為0.1s，采用低頻變幅技術，拉速達到4.5m/min時無偏振。

4.2 結晶器

結晶器作為連鑄生產的核心，我廠經過技術研究，實現了銅管內腔由拋物線型向梅花型的轉變，開發了表面刻槽銅管，配套設計玻璃鋼水套，提高了結晶器冷卻效率，為實現高效生產提供了設備保障。

5 結論

（1）HPB300鋼種降低C含量，提高Mn含量，有利于減少連鑄脫方。

（2）梅花形銅管內腔以及合適的足輥支撐寬度可有效降低鑄坯角部裂紋。

（3）二冷強度控制在1.7-1.8L/kg時滿足HPB300鋼種4.0m/min以上拉速生產，可有效減少中間裂紋缺陷。

（4）鑄機弧度維護、保護渣理化性能調整、控制鋼水中S含量是減少HPB300脫方的重要措施。

（5）HPB300鋼種通過控制Mn/Si比可降低鋼水中夾雜物；降低澆鑄過熱度可減少高拉速下鑄坯中心疏松。

（6）結晶器銅管冷卻效率提升、振動臺振動參數優化是達成高效生產的必要條件。