鋼鐵提高連鑄坯質量的技術改造探討

張明亮

在鋼鐵生產領域當中，連鑄坯的類型較多，比如板坯、方坯、矩形坯、圓坯等。不同類型的坯，特點有所不同。以板坯為例，主要表現為截面寬、高比值大，主要用于板材軋制；對于方坯來說，主要表現為截面寬、高相等，或者無明顯差別，主要應用在型鋼、線材軋制等方面。在鋼鐵生產過程中，保證連鑄坯的質量至關重要。但是，從現狀來看，鋼鐵連鑄坯存在較為明顯的技術缺陷問題，比如：鐵水脫硫能力偏低、結晶系統有待完善、難以將高質量板坯生產出來。由此可見，為了提高連鑄坯質量，則有必要實施有效的技術改造策略。鑒于此，本文圍繞“鋼鐵提高連鑄坯質量的技術改造”展開分析探討價值意義顯著。

1 連鑄坯技術在鋼鐵生產中的作用概述

從鋼鐵生產層面分析，涉及的主要工作流程為煉鐵、煉鋼、軋鋼。其中，對于煉鋼來說，涵蓋了冶煉與澆鑄，在冶煉過程中，即利用冶煉技術，將化學指標合格、質量與相關要求相符的鋼水提煉出來。澆鑄則把提煉的鋼水通過鑄造工藝，鑄造為表面平整、致密、內部純凈的固體鋼坯。通過煉鋼工藝的實施，可將固體鋼坯產生出來，要想保證固體鋼坯的質量，則需確保澆鑄質量達標。在煉鋼期間，澆鑄為一大核心工序，若澆鑄期間存在操作失誤，或受到相關因素影響，使澆鑄未能達標，在此情況下，通過冶煉獲得的鋼水成品可能被廢棄，這樣便會造成資源損失。值得注意的是，與冶煉鋼水環節比較，澆鑄環節產生的損失明顯更大。

基于鋼鐵工業發展層面分析，鑄模法在鋼坯生產工作中應用廣泛，通過鑄模法的應用，將鋼錠生產出來之后，通過開坯，便使鋼坯有效生產出來。在生產過程中，需把鋼水向前期準備好的鐵坯當中注入，在冷卻以后，通過脫模處理，使鋼錠有效形成，進一步在開坯的基礎上，使鋼坯有效形成。處于整體生產期間，生產工序復雜程度高，且缺乏連貫性，效率偏低，再加上生產成本比較高，在此情況下便會使鋼鐵工業發展受到很大程度的阻礙。

對于鋼鐵連鑄坯技術來說，其關鍵工序在于把鋼水朝不同形狀的水冷結晶器當中注入，使特定形狀要求的鋼坯有效形成。在連鑄坯技術的應用下，可突破傳統澆鑄工藝模式成本高的局限，使鋼鐵工業實現可持續發展。此外，隨著連鑄坯技術的不斷進步及發展，使得鋼鐵連鑄坯在鋼鐵行業當中得到廣泛的應用，且為冶金行業發展提供了有效科學技術支持。總之，連鑄坯技術在鋼鐵生產中的作用顯著，技術先進、成本低，可提高鋼鐵生產質量。因此，連鑄坯技術值得推廣及應用。

2 鋼鐵連鑄坯技術缺陷分析

在上述分析中，不難發現連鑄坯技術在鋼鐵生產中的作用顯著。但是，從現狀來看，鋼鐵連鑄坯技術應用過程中尚且存在一些有待解決的技術缺陷問題。總結起來，具體缺陷問題如下。

2.1 連鑄坯表面縱裂紋，會影響軋制產品質量

如長300mm、深2.5mm的縱裂紋在軋制板材上留下1125mm的分層缺陷。縱裂紋嚴重時會造成拉漏和廢品。研究指出：縱裂紋發源于結晶器初生坯殼厚度的不均勻。作用于坯殼拉應力超過鋼的允許強度，在坯殼薄弱處產生應力集中導致斷裂，出結晶器后在二次冷卻區擴展。產生縱裂紋的原因有：水口與結晶器不對中而產生偏流沖刷凝固殼；保護渣熔化性能不良、液渣層過厚或過薄導致渣膜厚薄不均，使局部凝固 殼過薄。液渣層＜10mm，縱裂紋明顯增加；結晶器液面波動。液面波動＞10mm，縱裂發生幾率30%；鋼中S+P含量。鋼中S＞0.02%，P＞0.017%，鋼的高溫強度和塑性明顯降低，發生縱裂趨向增大；鋼中C在0.12%～0.17%，發生縱裂傾向增大。橫裂紋是位于鑄坯內弧表面振痕的波谷處，通常是隱藏看不見的。原因有：振痕太深是橫裂紋的發源地；鋼中Al、Nb含量增加，促使質點（AlN）在晶界沉淀，誘發橫裂紋；鑄坯在脆性溫度900℃～700℃矯直；二次冷卻太強。星狀裂紋一般發生在晶間的細小裂紋，呈星狀或網狀。通常是隱藏在氧化鐵皮之下難于發現，經酸洗或噴丸后才出現在鑄坯表面。原因有：高溫鑄坯表面吸收了結晶器的銅，而銅變成液體再沿奧氏體晶界滲透所致；鑄坯表面鐵的選擇性氧化，使鋼中殘余元素（如Cu、Sn等）殘留在表面沿晶界滲透形成裂紋。

2.2 鐵水脫硫能力偏低

在鋼鐵生產企業當中，要想提升鋼鐵生產技術水平，其前提在于促進鐵水脫硫能力的提升。然而，長時間實踐背景下，通過技術升級改造，雖在一定程度上促進了鐵水脫硫能力的提升，但仍難以與鋼鐵生產企業的發展需求相符。與此同時，在節能降耗、綠色環保等可持續發展理念背景下，還需逐步提升鐵水脫硫技術工藝水平，才能夠使環保要求得到有效滿足。結合鋼鐵企業生產實踐工作發現，采取優質鐵水脫硫，有助于鋼材質量的提升，還有助于企業效益的提升。因此，針對目前鐵水脫硫能力偏低問題，需重視鐵水脫硫技術的引進及應用，在保證鋼鐵企業鋼材產品質量及銷售量提升的基礎上，帶動鋼鐵生產企業穩步、可持續發展。

2.3 結晶系統有待完善

從現狀來看，國內選擇應用的結晶器系統通常＜700mm，液面高度在600mm左右。然而，因國內鑄機缺少液面自動控制裝置，在振動裝置上也較為滯后，使得具體冶煉期間易出現振幅偏低或偏高的情況，再加上冷卻水量比較小，水縫設計缺乏合理性，在此情況下，便會使鑄坯的質量受到很大程度的影響，并使爐機匹配銜接、拉坯速度受到較大程度的影響。并且，基于二次系統冷卻以后，國內鑄機儀表在可靠性方面較差，難以使二次冷卻閉環控制目標得到有效實現。此外，從目前來看，國內鑄機自動化設備較為滯后，信息化程度尚且有待提升，部分設備零部件訂購的難度很大，在難以及時修復或無法修復的情況下，則會大大影響機械的精密程度，使鑄機正常運行受阻，進一步使鑄坯的質量受到很大程度的影響。

2.4 難以將高質量板坯生產出來

對于全弧形鑄機來說，鑄坯內夾雜物分布不夠均衡，是非常明顯的一大缺陷。與此同時，還存在不容易上浮的缺陷，夾雜物聚集于內弧度1/4部位，鑄坯單點彎曲矯直，內部易產生裂紋。再加上內外弧冷卻缺乏均勻性，在此情況下會產生鑄坯中心偏析的現象。而在經濟不斷發展過程中，對鋼材質量也提出了越來越高的要求。因此，對于鑄坯當中夾雜物聚集，會對鋼材冶煉造成較大的影響。從現狀來看，西方發達國家熱衷應用直弧型鑄機，使直弧形鑄機處于鋼材冶煉當中的應用價值得到不斷提升。

需注意的是，處于冶煉期間，中間容量偏小。在此情況下，會造成鋼水停留的時間較短，使鋼水當中夾雜物、鋼液難以得到有效清除。在中間容量偏小的情況下，便會影響多爐澆鑄造成影響。期間，若換成大容量，則需適當降低拉胚的速度。而對于鋼水液面來說，一般在臨界高度澆鑄環節當中，在此情況下，易使鋼液殘渣形成。從國內來看，大容量澆鑄環節缺少鋼水下渣監控技術的支持，使全過程鋼液澆鑄工藝難以有效實現，從而使一定量的鋼材引發二次氧化的情況，使鋼材冶煉的純度受到較大程度的影響。

2.5 鑄機單點矯直問題

結合相關計算公式，在坯的厚度為250mm的情況下，拉坯的速度為每分鐘1m，此時單點矯直變化為0.5%，并且此值屬于綜合應變允許值。因此，當鑄機澆鑄250mm厚的鑄坯情況下，需將拉速維持在每分鐘1m范圍內。考慮到帶液芯矯直得到有效防止，需設置偏低的拉坯速度，但在此情況下會造成鑄機和轉爐銜接匹配的難度大大增加，在轉爐達80t的情況下，顱機匹配問題便會顯著存在，在溫度難以合理控制的基礎上，便會使鑄坯的質量受到很大程度的影響，進一步使鑄機運行的可靠性及安全性受到影響。

3 鋼鐵連鑄坯技術改造策略分析

為解決鋼鐵連鑄坯技術缺陷問題，需落實有效的改造策略。具體而言，鋼鐵連鑄坯技術改造策略具體如下。

3.1 提升鐵水脫硫能力水平

為了提升鐵水脫硫能力，需對噴吹式脫硫站進行構建，結合鋼鐵企業的具體情況，通過全新的噴吹式脫硫站的構建，結合脫硫技術標準，確保脫硫之后鐵水含量能夠＜0.01%。對于深脫硫任務來說，則由其他脫硫站負責。需注意的是，需選取價格低廉、無需特殊防護的氧化鈣（CaO）脫硫劑，如此可以使成本得到有效節省，并使鐵水脫硫效果得到有效提升。

與此同時，還有必要進行機械攪拌式脫硫站的增設，以原有機械攪拌式脫硫技術為基礎，在逐步創新的基礎上，確保能夠與現代鋼鐵冶煉技術發展相適應。并且，針對脫硫處理前后鐵水降溫情況，需合理科學控制好，與噴吹式處理方法比較，機械攪拌式脫硫站處理的效果更優，應用液壓式攪拌系統為國產機械設備，部分設備的零部件可以共用，在此情況下有助于建設成本的節省。總體而言，在優化建設脫硫站的基礎上，能夠降低建設成本，控制人力資源，使生產效率提升，進而確保鐵水脫硫能力水平的全面提升。

3.2 優化鑄機改造

從鋼鐵連鑄技術提升角度考慮，優化鑄機改造顯得非常重要。在鑄機改造過程中，需以企業整體規劃設計方案為依據，分步驟，且按照一定計劃加以執行。針對之前弧形板坯鑄機存在質量缺陷的條件下，需重視國外先進技術的引進及借鑒應用，進行全新板坯鑄機的構建，以此使鋼鐵冶煉技術質量得到全面提升。

若選擇使用直弧形鑄機，需將生產、管理、改造資金等參數信息全面考慮在內，選擇使用成本節約、工程量少、可行性高的改造方案，并選取性能優良的鑄機設備。以直弧型鑄機彎矯方式的選取為例，對于具備液芯彎曲矯直的直弧型板坯鑄機，在輥列設計一般有三種類型，即：①直弧型機，由日本研究設計，具有多點彎曲、多點矯直技術特點；②直弧型機，由奧鋼聯設計，具有漸近彎曲、連續矯直技術特點；③直弧型機，由康卡斯特研究設計，具有連續彎曲及矯直的特點。

目前，帶液芯彎矯理論豐富，使鑄坯內裂敏感的鑄坯兩相區變化控制技術獲得快速發展。結合相關研究成果可知，鑄坯兩相區的整體應變大小會對鑄坯內部裂縫產生較大程度的影響。因此，對于整體應變值，需維持在較低的水平，比如普碳鋼整體應變便需維持在0.4%～0.5%范圍內。此外，對于直弧型鑄機，基于鑄流坯殼比較薄的情況下，在彎曲變形的影響下，會產生內部裂縫質量隱患問題。對此，可通過分節輥細輥密排連續彎曲的方式，使內部裂縫問題避免出現。處于改造期間，需合理科學應用現代化科學改造技術，通過連續布置的多點彎矯或連續（漸近）彎矯模式，以此確保鑄機優化改造的成效得到全面提升。

3.3 合理設置鑄機參數

基于改造期間，澆鑄平臺不發生變化，廠房允許時，需確保鑄機弧形半徑和直線段高度盡量大。通常，基本弧形半徑需＞8m，直線段需＜2m。在工藝技術方面，可選用鋼包-中間包鋼流用帶氬封的長水口保護與機械化操作技術模式，在應用鋼包水口下渣自動檢測技術的基礎上，配套鋼包加蓋裝置、中間包水口更換技術，并且需使冷卻水量、壓力適當增加，通過高振頻、小振幅振動技術的應用，或采取在線停機電動調寬技術等。此外，通過二次冷卻技術的應用，使動態控制目標得到有效實現。通過電磁攪拌裝置、多功能輥縫測量技術的應用，配合分節輥細輥密集排列方式，使鑄流導向輥列布置效果得到有效提升。

對于改造為直弧型板坯鑄機之后，鑄坯質量要求為：①鑄坯合格率＞99.8%，坯表面質量無清理率≥98%，鑄坯處于最終矯直點部位的表面溫度需≥900℃；②無中心線裂紋；③鑄坯厚度±2.5mm，寬度±0.5%；④翹曲度＜4mm/m，側向彎曲≤4mm/m，中間包鋼水夾雜物去除率≥65%。

3.4 提升連鑄坯內部質量

在鑄坯高溫加工以后，部分缺陷會自行消除，但部分缺陷在未能及時有效處理的基礎上，會發生變形。因此，為了提升連鑄坯內部質量，需做好鑄坯結構控制，對鑄坯中心等軸晶區適當擴大，對柱狀晶生長加以限制，以此使中心疏松與中心偏析得到有效減輕。與此同時，可利用鋼水低過熱度澆鑄技術、電磁攪拌技術，促進鑄坯質量的提升。通過二次冷卻優化控制，基于二次冷卻區域范圍內，對二次冷卻水量分布采取計算機進行嚴格控制，確保矯直點表面溫度＞900℃，并使鑄坯表面溫度能夠維持均勻分布狀態。此外，加強鑄坯受力和變形控制，由于二次冷卻受力、變形會產生裂縫質量隱患問題，因此需重視輥縫對中技術、壓縮澆鑄技術、彎曲矯直技術在其中的合理科學應用，進一步促進連鑄坯內部質量的全面提升。當然，還需合理控制液相穴鋼水流動，使夾雜物能夠快速上浮，在其分布均勻性得到有效維持的基礎上，使浸入式水口設計得到持續優化。

3.5 對連鑄坯表面縱裂加強保護

對于軋制產品來說，其質量會在很大程度上受到連鑄坯表面裂紋的影響，比如：對于深2.5mm、300mm的縱裂紋，基于軋制板材當中留下的分層缺陷可達到1125mm。在裂紋較為嚴重的情況下，易導致產品拉漏，甚至是報廢。從縱裂紋發生的原因層面分析，主要由結晶器彎月面初生坯殼厚度非均勻性引發，在坯殼拉應力比鋼的強度大的情況下，便會基于地殼薄弱部位使應力集中形成，進一步引發斷裂質量隱患問題。值得注意的是，在結晶器液面產生波動的情況下，便會引發縱裂。若液面波動＞10mm，縱裂產生的可能性＞30%，結晶器和水口存在差異，便會導致偏流，使凝固殼被沖刷。而對于保護渣來說，在未完全熔化的情況下，液渣層偏厚或者偏薄，均會導致渣膜厚度存在差異，使局部凝固殼比較薄，在液渣層＜10mm的情況下，縱裂紋便會顯著加大。

根據上述問題，需做好縱裂的保護，一方面對于結晶器和水口來說，需對中，將結晶器液面波動穩定在±10mm；同時，確保結晶器錐度的準確性及適宜性。另一方面，結晶器和二次冷卻區上部對弧需準確，需利用熱頂結晶器，即基于彎月面區75mm銅板內，將不銹鋼等導熱性差的材料鑲入，使彎月面區熱流降低50%～70%，使坯殼收縮得到有效延緩，并使凹陷有效減輕，進一步使縱裂的發生得到最大限度控制。

4 結語

綜上所述，連鑄坯技術在鋼鐵生產中的作用顯著，有助于鋼鐵生產工作質量的提升，可控制生產作業成本。但是，從現狀來看，鋼鐵連鑄坯技術仍存在一些缺陷問題。因此，需提升鐵水脫硫能力水平，優化鑄機改造，并對鑄機參數進行合理設置，提升連鑄坯內部質量等。總之，相信從以上方面做好，鋼鐵連鑄坯技術改造效果將能夠得到有效提升，進一步為鋼鐵連鑄坯產品質量的提升提供充分有效的技術支持。