金燁鋼鐵有限公司2 號連鑄機高拉速生產實踐

田鵬飛，魯懷亮，崔忠林，史學紅

（1.山西工程職業學院冶金與材料工程系，山西 太原 030009；2.金燁鋼鐵有限公司煉鋼廠，山西 長治 047300）

0 引言

高拉速連鑄可以提高鑄機的生產能力，降低生產成本，是現代連鑄發展的重要方向。隨著國家去產能的要求，金燁鋼鐵有限公司煉鋼廠的轉爐數由原來的2 座減為1 座，煉鋼的產量壓力越來越大，為了解決好生產與檢修的矛盾，解決好爐機匹配的問題，同時也為了更好地解決公司生產系統鐵、鋼的平衡，經過充分論證得出，只要解決問題的80%即可滿足高效生產的要求[1-2]。為此，煉鋼廠對2 號連鑄機高拉速生產進行了研究。提速前，2 號連鑄機的拉速為2.8 m/min，與國內相同斷面最高拉速存在較大差距，遠無法滿足系統的平衡。因此，必須通過工藝優化、設備改進、耐材改進來實現連鑄拉速的進一步提升。

高拉速連鑄的特征就是要求高質量、高效率、高作業率、低事故率，尤其是必須保證無缺陷的鑄坯質量。但是，隨著連鑄拉速的提高，非穩態工況條件下結晶器液面波動加劇，影響保護渣熔化效果，可能使結晶器與坯殼間的保護渣膜的穩定性和均勻性降低，從而造成坯殼在結晶器內的傳熱不均勻，導致坯殼出結晶器后有漏鋼風險；此外，拉速的提高不僅會帶來表面缺陷加劇的風險，且液芯長度的增加，內部質量缺陷的風險也會增加，因此，控制漏鋼事故和保證連鑄坯質量（脫方、鼓肚、縮孔、內裂等）是實現2 號機高拉速生產的前提條件[3]。

1 2 號連鑄機主要參數

2 號連鑄機主要參數如表1 所示。

表1 2 號連鑄機主要參數

2 可行性分析

從鑄機工藝條件來考慮，影響拉坯速度提高的主要因素是坯殼出結晶器下口的安全厚度以及冶金長度。根據經驗，出結晶器下口最小安全厚度為8～10 mm，坯殼在結晶器內生長符合凝固規律，即：

式中：K 為鑄機的凝固系數，一般取值為20～24mm/min1/2，對于該斷面取值為22 mm/min1/2；δ 為安全厚度，考慮到拉速提高后，坯殼厚度要減薄，因此取值為9 mm；L1為結晶器銅管有效長度，取值0.8 m。由此可以計算出2 號連鑄機的理論最大拉速為v1=4.69 m/min。

冶金長度已是一個固定值，在設計之初，提供的最大拉速就可達到4 m/min，根據計算公式進行驗證：

式中：L2為鑄機冶金長度，初始設計值為32 m；D 為坯殼厚度，取值150 mm；K 在此處的取值為28 mm/min1/2。根據式（2）計算出2 號連鑄機的理論最大轉速的驗證值v2=4.46 m/min。

通過對以上兩個影響因素的理論計算，2 號連鑄機的最大拉速可以達到4 m/min 以上，因此，將拉速提升至3.5 m/min 以上是可行的，現重點從保證高質量和低事故率開展攻關工作。

3 實施過程

3.1 鑄機參數標校

2 號鑄機從2007 年投產后，至今未中修過，尤其是鑄機參數出現了嚴重的偏差，主要存在對弧精度差、流間距存在偏差、振動臺架變形、振動橫梁變形、拉矯橫梁變形、導向段橫梁變形等問題，這些關鍵參數偏差的存在無法滿足高拉速的要求，因此決定對鑄機進行一次中修，對關鍵參數進行標校。

3.2 結晶器參數控制

3.2.1 嚴格結晶器裝配標準

針對結晶器在裝配過程中標準不高的問題，重新細化了裝配標準，每次裝配時，要求在連鑄工序安排專人進行現場監督，必須保證水縫均勻，若發現變形的水套，必須及時進行更換，在安裝零段管時，必須對中，決不允許因裝配精度差造成鑄坯脫方缺陷。

3.2.2 嚴格結晶器水控制

1.3 觀察指標 ①孕婦指標：觀察兩組孕婦孕期體質量增長(GWG)，妊娠期糖尿病(GDM)；②妊娠結局：剖宮產率，早產率，產后出血率，胎膜早破率；③新生兒指標：出生體質量，巨大兒，新生兒窒息。

結晶器水的流量、壓力、溫差直接影響到結晶器的冷卻效果，冷卻效果的好壞直接影響到鑄坯出結晶器下口坯殼的厚度。冷卻水量過小，將降低結晶器的冷卻強度，影響拉坯速度的提高，且易使結晶器內壁溫度升高，縮短結晶器使用壽命；冷卻水量過大，會使坯殼過早收縮，從而使結晶器與坯殼間過早形成氣隙，減少鑄坯向結晶器傳熱，也將影響拉坯速度的提高。因此，根據公司的實際情況，制定了結晶器水控制參數，具體如表1 所示。

表1 結晶器配水參數

3.2.3 結晶器凈環水水質控制

結晶器凈環水直接與銅管冷面接觸，水質指標的高低直接影響到銅管的導熱效率。若硬度高，則易造成銅管冷面結垢，一旦結垢，鑄坯冷卻效果變差，一是會導致出結晶器下口坯殼變薄，在高拉速下發生漏鋼事故，二是會使鑄坯在結晶器內冷卻不均勻，造成鑄坯脫方，因此制定了嚴格的水質控制指標，如表2 所示。

表2 連鑄凈環水水質指標

3.2.4 規范結晶器使用

結晶器銅管下部的磨損和劃傷不僅影響到銅管壽命的提高，還影響到拉速的提高。磨損主要是鍍鉻層的脫落，倒錐度變小，使得氣隙增大，熱流減小，坯殼減薄，容易發生漏鋼，另外錐度過小會誘發皮下裂紋和縱向凹陷的產生，劃傷缺陷直接影響到鑄坯的脫殼效果，極易造成鑄坯黏接拉斷事故。為此，在結晶器的使用方面，提出了“一拉到底”的方式，通過提高中包壽命和保證連拉爐數中間不斷澆，一次使用到規定爐數，并且在上引錠時，使用專用保護套，避免了上引錠或放冷料時劃傷銅管內壁。

3.3 二次冷卻優化

二次冷卻是通過強制均勻冷卻的方式將高溫鑄坯芯部的液態快速冷凝后變為固態，保證鑄坯進入矯直點前或在切割前完全凝固，合理的二次冷卻必須滿足三個條件：鑄坯冷卻速度＜200 ℃/m，坯殼回溫＜100 ℃/m，且要避開700～900 ℃的脆性溫度區。考慮到水霧應均勻覆蓋在鑄坯表面，對二冷噴嘴進行了重新選型，延長了一段噴淋管長度，并增加了二段冷卻，對各段配水比例重新進行修正。具體參數如表3、表4 所示。

表3 二冷段參數

表4 實際二冷配水表

安裝各段噴淋管時，嚴格按標準對中；每次停機后，必須檢查噴淋管是否變形，必須把所有噴嘴擰下來，反沖洗噴淋管內的雜質；在濁環水水質控制方面，一是在每個流管道上增加了V 型過濾器，二是每個班必須對濁環水進行反洗操作。

3.4 結晶器保護渣優化

結晶器保護渣的作用主要是防止鋼水氧化、隔熱保溫、吸附夾雜、均勻傳熱以及改善鑄坯潤滑。高拉速小方坯使用的結晶器保護渣要具有均勻傳熱和良好的潤滑性能，因此對影響保護渣熔化速度和堿度的成分進行了微調整，滿足了高拉速下的均勻潤滑效果和均勻傳熱效果，且保護渣消耗量并未增加。

3.5 中包耐材優化

3.6 中包澆注溫度優化

低溫才能快鑄，這是實現鑄機高速生產的保障，為此，通過現場寫實，確定了各環節溫降規律，確定了連鑄溫度，轉爐、連鑄密切配合，保證了連鑄開澆溫度為1 550～1 560 ℃，壓鋼時間在5～8 min，中包過熱度可保證在10～15 ℃的控制范圍，實現了爐機的最佳匹配。

3.7 其他方面的優化

3.7.1 擴徑鋼包水口

將大包水口由原來的Φ50 mm 擴徑為Φ51 mm，解決了鋼包澆注至中后期時因液面高度降低、鋼水靜壓力減小、中包不能滿包澆注的情況。

3.7.2 縮短鋼包回轉臺旋轉時間

鋼包回轉臺從待澆位旋轉至澆注位的旋轉時間原來為1 min，旋轉時間長，中包液面降低400 mm 左右，不能滿足高拉速下中包恒液面操作要求。因此，在保證回轉臺安全旋轉的前提下，將鋼包回轉臺的旋轉時間縮短為40 s。經過現場跟蹤，雖然在回轉臺旋轉過程中，還存在中包液面降低200 mm 的問題，但是已完全可以滿足高拉速生產的需要。

3.7.3 恢復液面自動控制系統

在保護澆注的情況下，由人工控制結晶器液面，液面波動大，渣條多，在挑渣條時，不僅破壞了保護渣的三層結構，影響保護渣的熔化效果和潤滑效果，而且渣條若挑不干凈，在高拉速生產時會隨鋼水卷入鑄坯內形成夾渣，產生質量缺陷，因此恢復了液面自動控制，杜絕了因人為操作原因造成的質量缺陷。

3.7.4 自制結晶器保護渣自動加渣裝置

在拉鋼過程中，靠人工用鏟子加保護渣，隨意性大，不能做到勤加、少加、均勻加的控制要求。加入過多，保護渣在結晶器液面上太厚，影響到熔化效果，且易結殼；加入過少，結晶器內鋼水液面裸露，易發生二次氧化，潤滑效果也要變差。因此，自主設計并安裝了保護渣自動加渣裝置，依靠自重，保護渣沿著管道流入結晶器內，滿足了保護渣加入要求。

3.7.5 移位切割小車

為了保證鑄坯在切割時芯部能夠完全凝固，對切后第一組輥和切割小車同步向出坯方向移位200 mm，延長了鑄坯在切割前的凝固時間。移位切割小車后，沒有因高拉速導致切割端面漏鋼事故的發生。

4 效果分析

通過以上措施的改進和實施，取得明顯的效果：

1）中包壽命達到了50 h 以上，連拉爐數達到了600 爐，平均拉速3.64 m/min，溢漏率控制在0.05%。

2）結晶器銅管壽命實現了“一拉到底”，壽命達到了9 000 t，在使用后期，未發生鑄坯角部縱向缺陷（見圖1）；下線后，銅管下口磨損正常，水質明顯改善，保證了在一個使用周期內未產生結垢現象（見圖2）。

圖1 結晶器銅管冷面

圖2 結晶器銅管下口

3）優化二冷系統后，鑄坯在矯直前的溫度達到了1 035 ℃，切割后的溫度為728 ℃，熱送時的溫度為588 ℃，滿足了下道工序熱送熱裝的要求。

4）優化二冷系統后，在高拉速情況下，鑄坯質量良好，未發生明顯的脫方、鼓肚、縮孔、內裂等鑄坯缺陷（見圖3）。

圖3 拉速3.67 m/min 時低倍樣樣品

5）提高拉速，過程溫降減少，轉爐的終點溫度降低了25 ℃，平均終點溫度1 645 ℃，連鑄平均開澆溫度1 561 ℃，平均壓鋼時間6.8 min，爐機匹配，低溫快鑄真正得以實現。

6）拉速由原來的2.8 m/min 提高到3.5 m/min 后，每個班可多產5 爐鋼，增加合格產量325 t，月產量由原來的10 萬t 增加到12.5 萬t。

5 結論

以金燁鋼鐵有限公司2007 年投產的1 臺老鑄機為例，在沒有進行大的投資改造的情況下，通過溫度控制、結晶器配水參數優化、二冷系統優化、中包耐材參數優化等一系列措施的實施，實現了平均拉速3.54 m/min、最高拉速4.13 m/min 的高拉速水平，且事故發生率低，鑄坯質量良好。同時在提高鑄機拉速的過程中，提出了結晶器銅管“一拉到底”使用要求，實現了銅管壽命突破了9 000 t，連續生產10 d 無設備事故的好成績，相關實踐經驗可供同類型鑄機借鑒。