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韶钢第三炼钢厂板坯连铸生产实践
发布日期：2013/3/13 11:29:14   编辑：中厚板www.zhonghouban.cn   浏览次数：3118
欧阳飞,黄回亮,曾令宇(韶钢松山股份有限公司第三炼钢厂,广东 韶关,512122)摘　要:针对新投产板坯铸机生产中出现的Q345钢粘结漏钢
 

欧阳飞,黄回亮,曾令宇

(韶钢松山股份有限公司第三炼钢厂,广东 韶关,512122)
摘　要:针对新投产板坯铸机生产中出现的Q345钢粘结漏钢频繁和包晶钢表面纵向裂纹多的状况,分析其原因,并采取相应措施,解决了粘结漏钢问题,提高了铸坯表面质量。
关键词:板坯连铸;表面纵裂纹;粘结漏钢;工艺改进
中图分类号:TF777.1　文献标识码:B　文章编号:1002-1043(2006)01-0021-04
Practice on slab continuous casting in SGIS
OUYANG Fei, HUANG Hui-liang, ZENG Ling-yu
(No.3 Steel-making Plant of Shaogang Songshan Co., Ltd., Shaoguan 512122, China)
Abstract:In light of the problems of frequent occurrence of steel breakout and sticking as well as lingitudinal surface cracking of the peritectic steel in the process of casting Q345 in the newly commissioned slab continuous caster, causes to those troubles are analyzed and appropriate counter-measures adopted and thereafter the problems of steel break-out and sticking solved promptly and the quality of the slab improved accordingly as well.
Key words:slab continuous casting; longitudinal surface crack; steel sticking and break-out; process improvement
 
1　概　况
广东韶钢松山股份有限公司第三炼钢厂(以下简称韶钢三炼钢)一期工程于2003年3月22日正式投产,装备有两座900t混铁炉、两座120t顶底复吹转炉、两座120t LF、1台R8m直弧型板坯连铸机、1台5机5流小方坯连铸机,设计年生产能力230万t,其中2号板坯连铸设计年产量80万t。目前板坯连铸生产的主要钢种有Q235、Q345、45、船板系列钢等,断面规格以220mm×1400mm和250mm×1 500mm为主。投产以来遇到的主要问题是Q345粘结漏钢的频率高和Q235的表面裂纹发生率高。经过不断的分析整改,进行工艺参数优化和设备改进,Q235钢的合格率逐步上升,Q345钢的粘结漏钢得到了有效地控制,板坯连铸生产稳定可控。2号板坯连铸机的技术参数如下:
机型　　　　　直弧型、弧形半径8m
矫直方式　　　连续弯曲、连续矫直
振动方式　　　四偏心正弦振动
振动同调系数　80
浇注断面　　　(180mm、220mm、250mm)×(1 000～1 600mm)
中包容量　　　32t
结晶器长度　　900mm
结晶器材质　　CrZrCu板镀Ni
矫　直　　　　11点矫直
冶金长度　　　31.70m
拉速范围　　　1.00～1.30m/min
 
2　粘结漏钢原因分析和采取的措施
2号板坯连铸机在投产初期主要生产Q235钢,2003年5月上旬开始试生产Q345系列钢种,5月20日出现了首例粘结漏钢事故,在以后的几个月中,Q345粘结漏钢事故频频出现,严重影响了板坯连铸的生产,2003年5～12月Q345钢漏钢事故次数统计见图1。10月份厂里组织连铸设备和工艺技术骨干成立攻关小组,认真查找设备、工艺上存在的问题,采取多项措施,取得了较明显的效果。
2.1　控制振幅偏差
异常的结晶器振动容易造成保护渣液渣的不均匀下渣和结晶器内各面的摩擦力不均匀分布,局部下渣量过小容易造成粘结,粘结严重时造成漏钢;摩擦应力集中,也容易撕裂坯壳引起漏钢。结晶器振动台为四偏心机械正弦振动,振幅精度偏低,测量4个角的最大振幅偏差高于0.40mm,超过了0.20mm的高设计精度标准,有几次漏钢后也出现结晶器振动摇摆,左右不同步的现象。
为了提高振幅精度,取消了振幅无级调节功能,固定振幅为±4mm,并要求备件制造厂家提高偏心的加工精度,通过整改后,4个角的最大振幅偏差降低到了0.13mm;不同步振动是由于振动装置涨套联轴器出现打滑,膜片联轴器螺栓断引起,为此我们在涨套联轴器上开槽,增大传递扭矩,使连接更可靠,以后没再发生过类似情况。
 
2.2　固定结晶器倒锥度
结晶器在浇铸过程中由于受钢水静压力作用,窄面可调宽铜板发生位移,锥度变化。锥度变大则拉坯阻力增大容易引起角部横裂漏钢,锥度变小则铸坯窄面鼓肚,容易引发边角部纵裂漏钢。取消了结晶器调宽功能,从窄面铜板水箱的上、下部调节螺杆处焊接固定,使结晶器倒锥度不会在浇铸过程中变化。
 
2.3　调节振动参数
理论上,高频率低振幅的振动模式有利于减少下渣量、控制下渣的均匀性和减小振痕深度,对铸坯表面质量有利。但正弦振动模式在高频振动的情况下,正、负滑脱时间短,结晶器内下渣量减少,结晶器向上振动时对坯壳的拉应力大,易造成粘结漏钢的生产事故。为保证正常生产,防止铸坯粘结,铸机振动的负滑脱率一般取20%～60%;负滑脱时间一般取0.10～0.25s。
负滑脱时间计算公式:
式中,tN为负滑脱时间,s；Vc为拉坯速度,m/min；f为振动频率,次/min；h为振动行程,mm。
为提高Q235表面质量,我们曾将振动系数控制为:振频f=95Vc,即拉速为1.00m/min时正、负滑脱时间分别为0.40、0.22s,针对Q345容易发生粘结漏钢的现状,我们调整该钢种的振动参数,提高正、负滑脱时间,振频调整为f=80Vc。具体参数见表1
表1　拉速为1.00m/min时的振动参数
 

时期
振频同调系数
负滑脱率/%
负滑脱时间/s
正滑脱时间/s
调整前
调整后
95
80
52
28
0.22
0.25
0.40
0.49

 

2.4　提高结晶器内润滑效果
2.4.1　保护渣的选用
为提高结晶器内的润滑效果,选用低粘度的保护渣以保证有足够的渣膜厚度,从而增大下渣量。同时调整合适的CaO-SiO2-Al2O3三元系结构,使渣膜的结构以玻璃相为主,有利于提高润滑效果。
 
2.4.2　提高全程保护浇铸效果
保护渣液渣中的Al2O3含量对液渣的粘度影响最大(见图2),当液渣中的w(Al2O3)超过6%
以后,液渣粘度大于0.4Pa·s,下渣量会逐渐减少,产生粘结的几率增大。
选用的Q345保护渣w(Al2O3)=2.46%,粘度为0.11Pa·s,比较适合生产需要。但由于Q345钢要求w(Als)>0.02%,在LF精炼过程中每吨钢喂Al线0.35kg,出精炼炉后钢中w(Als)在0.02%～0.03%之间。由于连铸保护浇铸效果不好,铸坯样w(Als)在0.01%～0.015%之间,个别炉次甚至低于0.01%,过多的Als二次氧化为Al2O3夹杂,这些夹杂物在结晶器内上浮、富集,恶化了保护渣的熔化性能,提高了粘结漏钢的几率。
为此重新设计了大包下水口、保护套管和硅酸铝密封垫的结合形状,由线接触改为面接触,同时规范了Ar封的气体流量;中包液面推行黑渣操作,推行这些措施后,连铸工序的w(Als)损失降到0.005%左右,有效地防止了Al2O3夹杂物过多对保护渣的影响。
 
2.5　规范温度拉速制度
粘结漏钢在低温快拉的过程中出现的次数最多,因为低温时保护渣溶化受影响,化渣量跟不上高拉速的要求,容易引起粘结。拉速变化过程中,尤其是升速过程中,拉应力增大,轻微的粘结就可能造成瞬间的应力集中而撕裂坯壳,引起漏钢。
根据浇铸周期和温降情况,制定了合适的温度拉速制度,并专项考核生产节奏、温度达标、浇铸周期合格率,推行“恒温恒速”的浇铸制度,有效地防止了低温高速生产情况的发生。
 
2.6　效果分析
自2003年10月底采取措施后,到2004年4月24日,近200天实现了Q345钢种的零漏钢生产,4～5月因保护渣理化指标不适合生产要求及结晶器振动精度变低等原因,又发生了4次粘结漏钢事故,但经过整改,已逐渐得到了有效控制。
 
3　表面裂纹产生原因和采取的措施
2号板坯连铸机投产的前几个月,Q235钢的表面纵向裂纹出现率高,判废量大,直接影响到铸坯的综合合格率(见表2)。为此,从2003年8月开始,认真分析表面裂纹产生的原因,优化工艺参数,针对Q235亚包晶钢表面纵裂发生率高的实际情况,重点进行了一冷、二冷水量调整和保护渣的选型。
3.1　冷却制度
3.1.1　结晶器冷却
由于铸坯表面纵裂纹最初产生于结晶器中,并在二冷区扩大。所以采用结晶器弱冷有助于防止表面裂纹的产生。2号连铸机结晶器原设计水流量为:宽面4500L/min,窄面550L/min。结晶器宽面铜板的水缝布置如表3。
表3　韶钢2号板坯连铸机结晶器水缝布置

铜板高
度/mm
铜板宽
度/mm
有效宽
度/mm
水缝
条数
水缝宽
度/mm
水缝深
度/mm
水流量/
(L·min-1)
900
1750
1660
94
5
18
4500

结晶器宽面铜板水流速度可由式(2)计算:
   
 
式中,V为水流速度, m/s；Q为水流量L/min；n为水缝条数；a为水缝宽度,mm;b为水
缝深度,mm。
得:V=8.87m/s
水流密度由式(3)计算:
 
 
式中,ρ为水流密度,L/(m2·min)；A为铜钣有效宽度,m；B为铜板长度,m。
得:ρ=3 012L/(m2·min)
据资料介绍,结晶器内理想的水流速为6.0～8.0m/s,水流密度为2 000～2 500L/(m2·min),
通过计算发现2号连铸机的结晶器水流量明显偏高,同时计算出结晶器比较理想的水流量(见表4)。
采用逐步降低的方法,将结晶器宽面水流量由最初设计的4 500L/min逐步降到了4 000、3 800、3 600L/min。在调节过程中,Q235表面质量合格率也逐步得以提高,取得了比较明显的效果,应该是控制表面纵裂纹的关键环节。
 
3.1.2　二次冷却
2号连铸机浇铸220mm厚度铸坯设计的二冷总比水量(不包括水平段配水量)见表5。
表5　二次冷却水表

水表类型
总比水量/（L·kg-1）
弱冷水表
中冷水表
强冷水表
0.65
0.75
0.87

　 投产初期,Q235钢的二冷制度选用了强冷水表,总比水量为0.87L/kg,典型拉速下,测量铸坯矫直裂纹,且表面纵向裂纹也多为深度裂纹,无法精整,现场判废率高。这些情况表明二次冷却强度偏大。
二冷强度的控制因钢种而异,就表面质量而言,主要考虑钢种的裂纹敏感性。如低合金钢、管线钢、包晶钢等裂纹敏感性强的钢种,需要十分“温和”的二次冷却,需要低比水量控制,此类钢种的比水量控制范围一般要求0.5～0.7L/kg。根据此理论,将Q235钢的二冷水表选择为弱冷水表,测量铸坯矫直点温度为920℃左右,避开了在脆性温度区矫直,铸坯表面没再发现应力矫直裂纹,铸坯表面质量检验合格率显著提高,同时深度的表面裂纹也明显减少,降低了现场判废率。两种二冷制度下铸坯表面温度分布情况见图3。
3.2　保护渣的选择
保护渣的选择因钢种而异,对于裂纹敏感性较强的包晶钢,要求结晶器内弱冷,渣膜的传热系数小,即要求保护渣具有高的结晶温度和碱度；下渣量小有利于凝固坯壳的均匀形成,要求保护渣稍高的粘度。在试用过程中,表面质量合格率较高的铸坯所用的保护渣理化性能指标见表6。
表6　浇铸Q235钢使用的保护渣的理化性能指标

保护渣型号
  
R
熔点/
℃
粘度/
（Pa·S）
H2O SiO2     MgO   CaO  Fe2O3    Al2O3    C
BRK－10
0.40
29.24
1.88
35.54
0.70
4.66
3.53
1.21
1065
0.161

另外,保护渣水分含量也是评价保护渣性能的重要指标,保护渣w(水分)超过0.50%后,其熔化性能会明显变差,影响下渣的效果。购进水分测定仪,严格控制保护渣的水分含量,有效地稳定了铸坯表面质量。
 
3.3　其它工艺改进
在生产过程中逐步规范操作工艺,提高操作的科学性,主要的工艺改进有:
(1)降低了钢水过热度,Q235钢过热度按10～25℃控制,即典型温度控制在1 530～1 545℃范围内;
(2)保护渣的添加工艺严格执行“黑渣操作”,保证保护渣形成稳定的三层结构;
(3)中间包浸入式水口改型,将侧孔处桶形底部改为球面形底部,改善了水口内的注流形态,有效地防止了结晶器内钢液面的翻滚现象。
(4)水口插入深度适当浅插,控制在130～150mm,提高结晶器钢液面的表面温度,改善保
护渣的化渣效果。
 
3.4　效果分析
实施整改后的铸坯质量情况的统计见表7。
通过2003年9月份的工艺优化,采取措施后,Q235钢的表面裂纹判废量由2003年5至12月平均489.39t/月,降低到了2004年全年月平均47.46t/月,铸坯合格率也由2003年月平均96.61%提高到了2004年月平均99.54%,应该说整改的效果是非常显著的。
 
4　结　论
(1)振动精度差和振动参数不合理是结晶器内产生粘结的主要原因,通过将精度控制在标准范围内和调整振动参数延长负滑脱时间对防止粘结漏钢的发生起到了关键作用；
(2)选择了低碱度、低粘度的保护渣,提高了保护浇铸的效果,降低了含Al钢的粘结漏钢率；
(3)减小结晶器冷却强度,采用结晶器弱冷,有利于控制初生裂纹的形成,对控制表面纵裂纹产生起到了关键作用；
(4)提高铸坯矫直温度,防止了矫直裂纹的出现;降低二冷比水量,实行二冷区弱冷,防止了初生裂纹的扩展,减少了深裂判废。
 
[参 考 文 献]
[1]　史宸兴.实用连铸冶金技术[M].北京:冶金工业出版社,1998.
[2]　蔡开科.浇注与凝固[M].北京:冶金工业出版社,1990
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