400系不銹鋼板坯連鑄倒角結晶器的開發與應用

亓欣華，陳培敦，趙 剛，李志平，李 峰

（山東泰山鋼鐵集團有限公司，山東 濟南 271100）

1 前言

400系鐵素體不銹鋼成本低廉，產品穩定經濟耐用，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、石化和環保工業等領域，發展前景廣闊。泰山鋼鐵以優質產品質量和冷軋板面光亮度贏得了客戶和市場的認可，泰山產品已占據全國400系不銹鋼30%的市場份額，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。針對該問題，泰山鋼鐵不銹鋼事業部在鑄坯坯型上進行改進，在400系不銹鋼生產上使用倒角結晶器來改變板坯角部質量和形狀，以降低鋼帶狹縫線寬度和深度。

2 倒角結晶器可行性分析

為進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部大膽創新，對鑄坯外形實施優化改進，在400系不銹鋼連鑄上使用倒角結晶器進行研究分析，倒角結晶器冷卻構造和形狀與直角結晶器差別較大，結晶器冷卻水強度調整是倒角結晶器在不銹鋼連鑄使用的主要技術問題，根據倒角結晶器銅板的構造和材質，結晶器冷卻水流量較常規直角結晶器的冷卻水流量增大。倒角結晶器與直角結晶器窄邊形狀的不同，使結晶器錐度也隨之發生變化，結晶器的錐度設定大小對400系不銹鋼板坯寬度和內部組織起到決定性作用，也是影響鋼帶狹縫線寬度關鍵因素之一。

倒角結晶器在400系不銹鋼板坯連鑄的應用技術開發、設計、制作與當前連鑄機相匹配，倒角結晶器銅板設計，需優化收縮因子、結晶器錐度、結晶器冷卻水強度、二冷水配水強度、拉速的匹配等一系列控制參數，在窄邊結晶器出口足輥設計為與銅板兩側倒角尺寸相匹配的足輥，才能保證400系不銹鋼倒角結晶器應用成功，才能獲得較好的鑄坯坯型和外形尺寸符合計劃要求。

3 倒角結晶器設計與應用

3.1 倒角結晶器銅板結構設計

為得到滿意的坯型和理想的鋼帶狹縫寬度，在倒角結晶器的結構設計和技術研發方面，做了大量地調查研究和討論，不銹鋼事業部與結晶器廠家共同研發，針對泰山鋼鐵生產的不銹鋼品種特性和規格要求進行技術分析，并匹配目前的連鑄機設備，在倒角結晶器銅板選材、銅板結構、倒角弧度的設計、冷卻水槽和水孔設計等關鍵點參數進行反復論證。在倒角結晶器寬邊、窄邊面銅板上都設計比較合理的水冷糟，針對倒角弧設計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。結晶器銅板表面鍍耐磨層，鍍層表面光滑，利于延長結晶器銅板的使用壽命。銅板用螺栓固定，在吊運和安裝上更加便捷。

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

3.2 倒角結晶器傳熱效果分析

在結晶器冷卻方面，銅板材質和冷卻結構設計是影響板坯外形尺寸和內部結構的關鍵，所以，倒角結晶器由直角結晶器的4個直角改變到8個弧度鈍角，能夠減緩板坯角部溫度的快速流逝。因此設計窄邊銅板有弧形角度的結晶器，力求從溫度場分布方面改善鑄坯角部冷卻強度。倒角結晶器和直角結器的銅板結構不同，窄邊銅板角部設計為倒角弧半徑60°～62°的倒角，保證角部鑄坯的冷卻更加穩定，從而改善鑄坯角部的冷卻強度；相對于直角結晶器銅板，角部低溫區擴展趨勢得到遏制。倒角結晶器銅板寬面最高溫度為353℃，窄面最高溫度為318℃，角部低溫區最高溫度為293℃。角部低溫區最高溫度與寬面最高溫度相差53℃，結晶器銅板溫度分布更加均勻，有利于提高初始凝固坯殼質量均勻性。

3.3 倒角結晶器足輥改造

使用倒角結晶器后，鑄坯角部冷卻強度明顯降低，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鼓肚等缺陷。為了解決鑄坯角部鼓肚等缺陷，設計了與坯型相吻合的倒角足輥，使剛出結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，從而進一步改善鑄坯角部質量。足輥調整參數：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 倒角結晶器在不銹鋼連鑄的生產應用

4.1 2#連鑄機工藝裝備

泰山鋼鐵不銹鋼事業部2#連鑄機為1機1流直弧形連鑄機，具有漏鋼預報系統、液面自動控制系統和自動加渣系統、結晶器液壓振動裝置、動態輕壓下系統、電磁攪拌系統、去毛刺機等，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能力。

連鑄機技術參數：一機一流直弧型連鑄機，鑄機半徑9 000 mm，彎曲區長度15 627.23 mm，矯直區長度2 786.61 mm，正常拉速0.8～1.8 m/min，最大拉速2.0 m/min，鑄坯規格（200～220）×（800～1 600）mm，鑄機作業率＞85%，鑄機能力年產合格鑄坯60～80萬t。

4.2 倒角結晶器冷卻水及錐度優化

倒角結晶器投入使用后鑄坯角部冷卻強度明顯改善，同時在400系不銹鋼板坯寬度及坯型控制上更加便捷，實施結晶器在線調寬。在保證澆注安全和順行的情況下，可根據熱坯寬度和外形尺寸調整一冷、二冷水配水量，使鑄坯角部、表面振痕更規則，并且振痕深度由1.0 mm降至0.7 mm以下，為下一步開發超純高檔不銹鋼和高附加值不銹鋼奠定了良好的設備基礎。結晶器水量寬邊水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

為了改善結晶器傳熱系數，結晶器選擇合適的錐度。過大的錐度會造成坯殼與結晶器之間摩擦力增大，加劇結晶器鍍層磨損，影響結晶器的使用壽命；錐度過小會使結晶器壁與坯殼之間的氣隙增大，傳導熱流減小，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大，選擇合適的結晶器錐度設定尤為重要，對400系鑄坯坯型控制起到關鍵作用。倒角結晶器收縮因子由0.976調整到0.988，錐度設定控制在1.10%～1.15%，鑄坯寬度0～15 mm，達標率保持在92%以上，為軋制板形控制創造了條件。

4.3 倒角坯與直角坯溫度對比分析

采用倒角結晶器從溫度及應力等方面的改善，鑄坯角部組織和角部裂紋、形狀等都得到明顯改善，技術人員跟蹤下線鑄坯溫度控制情況，用紅外線測溫儀測量鑄坯角部、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，測量扇形段矯直區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℃，切割區溫度高33℃，比直角鑄坯溫度高50～80℃。使用倒角結晶器后測扇形段矯直區溫度也有所提高，有效降低了鑄坯拉應力和應力集中對鑄坯質量的影響，避開了高溫矯直脆性區，角部應力減小，鑄坯倒角部位弧度圓滑、平整，無折疊的缺陷；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造了有利條件。各區間鑄坯溫度見表2。

表2 各區間鑄坯溫度℃

4.4 鑄坯組織的對比分析

倒角結晶器在400系不銹鋼連鑄機的應用，倒角結晶器寬邊、窄邊冷卻方式較直角結晶器不同，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，比水量控制在1.05～1.25 L/kg。實施恒拉速澆注，降低了鑄坯冷卻強度，提高了鑄坯組織等軸晶率，對內部組織中心疏松、角部裂紋、柱狀晶等指標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），倒角結晶器等軸晶率較直角結晶器等軸晶率提高20%～30%。鑄坯內部組織見表3。

表3 鑄坯等軸晶比例

5 應用效果

采用倒角結晶器生產400系不銹鋼鑄坯，經過爐卷軋機軋制后，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。提高了冷軋帶鋼的成材率1.5%～3.0%，為客戶創造了更高利潤，使泰山品牌的產品進一步得到市場認可，增加產品市場占有率，滿足了BA板、家電板等高端用戶對鋼帶表面色澤、光亮度等要求。400系不銹鋼板坯連鑄機倒角結晶器應用技術開發，有效降低了鑄坯角部裂紋缺陷的發生，產品質量穩步提升，增加了產品銷量和產量。使用倒角結晶器后，板坯寬度達標率0～15 mm達到92%，比直角結晶器提高了16%，鋼帶兩側狹縫線寬度較直角結晶器鋼帶各降低了10 mm，提高了鋼帶利用率。

6 結語

400系不銹鋼板坯連鑄機倒角結晶器應用技術成功開發，實現了倒角結晶器在400系不銹鋼連鑄領域的應用。倒角結晶器的應用降低了熱軋鋼帶狹縫線的寬度，提高了產品質量，為開發高檔不銹鋼品種奠定了基礎。