中冶连铸提高铸坯质量的连铸技术服务实践

中冶连铸提高铸坯质量的连铸技术服务实践安航航高仲张晓峰韩传基(中冶连铸北京冶金技术研究院，北京100028)1摘要介绍了中冶连铸近年来在提高铸坯质量的连铸技术服务实践。实践证明：要提高铸坯质量，不仅要确保优良的铸机设备，同时要提供优质的连铸技术服务才能来保证优质的产品质量。关键词连铸技术服务铸坯质量PracticesonContinuousCastingTechnicalServiceofImprovingSlabQualityinCCTECAnHanghangGaoZhongZhangXiaofengHanChuanji(MetallurgicaltechnologyresearchinstituteofBeijinginCCTEC,Beijing,100028)AbstractPracticesoncontinuouscastingtechnicalserviceofimprovingslabqualityinCCTECwasintrdoucedinthepaper.Practiceprovedthatinordertoimproveslabquality,designandmanufactureunits,notonlyshoulddesignandmanufactureexcellentequipment,butalsomasterabundanttechnologyandsupplytheexcellenceofcontinuouscastingservicetoensuregoodqualityofproducts.Keywordscontinuouscastingtechnicalservice,slabquality1引言随着连铸机生产能力的不断提高和产品断面尺寸的大型化，对钢产品的质量要求变的更加严格而迫切，铸坯表面和内部质量的控制显得尤为重要，另一方面，对于连铸机设计制造单位，一般只负责铸机的设计制造，保证在热试时顺利投产，满足客户的要求，而对如何进一步帮助客户提高铸坯的质量做好后期的技术服务，这是我国铸机设计制造单位存在的一个普遍的问题。截止2009年，我国钢铁企业拥有各种连铸机918台、3034流。按照连铸比99%计算，连铸坯的产量为5.62亿吨[1]，我国连铸技术装备取得了令世人瞩目的成绩，但对钢铁企业来说，最终目的是在提高产量的同时尽可能的提高铸坯质量，这就要求铸机设计制造单位不仅要提供合格的铸机，同时要提供后续的完善的技术服务来保证优质的产品，才能达到共赢。2中冶连铸提高铸坯质量的连铸技术服务中冶连铸作为国内最大的以连铸为特色的冶金专业化技术工程公司，主营方坯、板坯和薄板坯连铸连轧工程、板带冷轧与处理工程和工业电气自动化控制系统，并在北京有专门的连铸技术研究院，主要对连铸新的工艺技术进行研究以及开发连铸工艺技术软件包，自主研发了结晶器专家系统、结晶器振动系统、动态二冷配水控制技术、动态轻压下技术、板坯高效冷却辊技术、铸坯质量判定与产品质量诊断系统等，同时提供连铸技术服务，包括连铸工艺分析（铸坯质量问题解决方案）、测温射钉以及数值模拟计算（中间包和结晶安航航，男，硕士，工程师，从事炼钢与连铸工艺的研究，[e-mail]第八届（2011）中国钢铁年会论文集8-316器的流场与温度场模拟、凝固进程模拟、关键设备的结构受力分析）。本文从以下几个方面介绍中冶连铸近年来在提高铸坯质量方面的连铸技术服务实践。2.1中间包流场优化技术宣钢原有十二机十二流方坯铸机的六流中间包（图1）在浇注过程中高温钢液对第六流塞棒底部冲刷比较厉害，耐材侵蚀严重，各流之间的温差相差较大，且连浇时间短，严重影响了生产。经分析，发现原因主要是中间包内控流装置的设计存在一定的问题导致钢液流场不合理和温度分布不均匀所致。针对存在的问题，采用数值模拟对中间包内钢液的流动和传热特征进行了系统的研究，确定适合该中间包的最佳控流装置。宣钢十二机十二流小方坯铸机的主要技术参数如下：(1)铸机断面：150mm×150mm和165mm×165mm；(2)弧形半径：10m；(3)流间距：1200m；(4)两个中间包，单个中间包容量：35t；(5)生产主要钢种：普碳钢（Q195，Q235等）和合结钢（HRB335等）。图1中间包三维几何图优化改造后的中间包于2010年11月投入使用，浇注钢种为Q235，在浇注过程中对中间包钢水温度进行实测，各流（第1流与第4流）水口最大温差为4K，而未优化前经实测各流（第1流与第3流）水口之间最大温差为10K。在生产中中间包的使用效果很好，在浇注过程中第6流的塞棒明显侵蚀减轻，连浇时间由优化前的20h延长到26h，达到了优化设计的目的。2.2测温射钉太钢二炼钢3号铸机为四机四流方板坯兼用铸机，生产的马氏体不锈钢（1～4Gr13）95%的铸坯出现2.0级的中心疏松和缩孔，只有5%的铸坯可达到0～0.5级（曼内斯曼标准），厂方要求铸坯低倍评级达到90%以上为0级。为了通过准确掌握二炼钢方坯连铸机的综合冷却特性，给末端电磁搅拌安装位置提供依据，太原钢铁公司与中冶连铸工程技术公司合作，于2010年6月底至7月初，采用铸坯射钉法对该铸机生产的四个钢种在典型拉速下的铸坯凝固坯壳厚度进行了测定研究。在第1流离弯月面9.0m和10.5m及第4流离弯月面8.7m和10.45m各位置安装射钉枪支架（图2、图3），针对220mm×220mm断面的四个钢种TP304A、TCBS、1Cr13和2Cr13，每个钢种在2个不同拉速条件下进行射钉操作。每种工况射钉2次，取测量的平均值作为该种工况下的凝固坯壳厚度。图2第1流架枪位置图3第4流（方板兼用）架枪位置中冶连铸提高铸坯质量的连铸技术服务实践8-317对4个钢种的所有试样进行酸浸和硫印分析，根据钉子的形貌进行测量，由测量结果计算了铸坯综合凝固系数见表1。表1综合凝固系数和凝固末端位置钢种拉速范围/m.min-1平均综合凝固系数/K/mm.min-1/2最小液相穴长度/m最大液相穴长度/m3041.15~1.2030.315.115.8TCBS0.95~1.0030.911.713.41Cr130.80~0.8528.011.512.72Cr130.85~0.9028.012.714.1根据计算结果，综合考虑太钢二炼钢铸机目前的实际情况，以及今后可能提拉速和设备改造的情况，建议末端电磁搅拌装置的中心位置安装在距弯月面8.0m处。太钢2010年10月在距弯月面8.0m处安装了末端电磁搅拌，并进行了多次试验。图4和图5分别为未使用末端电磁搅拌和使用末端电磁搅拌的酸浸试样。由此可以看出，末端电磁搅拌安装位置是合适的，安装电磁搅拌后铸坯内部质量得到明显提高。图4未使用末端电磁搅拌图5使用末端电磁搅拌2.3扫描测温中冶连铸自主开发连铸扫描测温设备，主要是测量铸坯宽面的温度分布，通过测温得到数据分析铸机设计中的喷嘴布置和二冷冷却工艺参数，为提高铸坯质量同时提高铸机的整体价值提供帮助，其次通过测量得到的数据也为校核二冷模型提供帮助，为二冷的发展提供实验数据。如图6～图8所示，扫描测温的实现方法是：将测温探头固定在扫描测温装置上的测量小车上，测量小车通过步进电机，采用链条和齿轮传动实现在扫描测温装置轨道的直线运动。在置轨道两侧分别装有行程开关，当测温小车碰到行程开关后，行程开关将信号传递给电机控制器，电机控制器改变电机转动方向，从而实现测温探头不断在两个行程开关之间运动。测温探头将测量到得温度信号反馈回PLC，动态配水程序采集温度信号，在程序界面上进行信号处理，并显示温度值。为了消除二冷水蒸气对测温值的影响，增加氮气吹扫装置，减少测温探头与铸坯之间的水蒸气。图6测温装置实际图第八届（2011）中国钢铁年会论文集8-318图7测温程序温度曲线图图8扫描测温设备安装位置目前该设备已成功应用在中铁3号板坯连铸机上，为生产高附加值钢种提供了较大的帮助。2.4铸坯质量解决方案通过对现场铸坯的质量问题进行分析研究，采用现场调查、综合分析的方法，找出了影响铸坯质量问题的因素并制定解决方案[2]。以下分别为解决凌钢板坯铸坯表面纵裂和达钢小方坯中心缩孔缺陷的案例。2.4.1凌钢板坯铸坯表面纵裂的解决方案凌钢新双流板坯于2008年12月顺利投产，铸机的设计年产量为120万吨，转炉车间情况：1座转炉，其公称容量为120t，平均出钢量100t，冶炼周期约40min，生产钢种包晶钢居多。为匹配生产节奏，铸机拉速较高，一般在1.7m/min左右。在铸机投产初期，在浇注包晶钢时铸坯表面出现纵裂纹，部分裂纹长度达数米，内弧较严重，裂纹宽度1~2mm左右，裂纹产量占总产量的15%左右，严重影响生产。针对此问题，开展了相关的操作和工艺研究，提出相应的改进措施，降低了铸坯纵裂的出现。在凌钢转炉现行工艺条件下，进行了跟踪，采用现场调查、综合分析的方法，找出了影响凌钢板坯表面纵裂纹产生的几个主要因素。通过上述调查研究分析，制定了如下的实验方案：（1）浇注包晶钢要求结晶器以及结晶器以下的冷却要采用弱冷措施，这是防止弯月面区凝固坯壳产生裂纹及其裂纹扩展的重要措施，因此，结晶器却水量要适当减少，建议调整宽面水量为98~100m3/h，窄面水量为19~20m3/h。（2）保证结晶器流场的稳定性，防止流股冲刷坯壳，保证水口在结晶器内对中，在宽度和厚度方向偏差要小于3mm，严格保持对中，每炉都需要检查测量。水口插入深度要保持在120~150mm之间。中冶连铸提高铸坯质量的连铸技术服务实践8-319（3）浇注过程中应保持结晶器液面的稳定，结晶器液面波动控制在±5mm以内，若超过10mm，降低拉速。（4）严格控制好钢水温度，保证钢水温度变化不要太大；同时根据钢水温度及时控制拉速，拉速最多提升0.2m/min，充分估计中包温度变化趋势，减少拉速的变化次数。（5）如果出现翻花严重，建议根据情况适当降低吹氩流量。（6）实验过程中要严格控制S含量，尽量保证钢水中的硫在0.015%以下。（7）浸入水口要认真检查，发现不合格的不准上线；同时提高换水口操作水平。（8）为防止水口严重侵蚀和底部穿孔，尽量减少水口的使用时间。（9）保护渣在结晶器内应保持一定的厚度，通常控制在30~40mm范围内，而且要保持有一定厚度的粉渣层，保证保护渣在结晶器内的均匀熔化，使液渣层保持稳定；（10）保护渣应均匀的加到结晶器内，每次加渣间隔时间不应过长，作到勤加，每次加入量少。（11）在正常浇铸的情况下，禁止用钢条经常去攒动结晶器液面，这会破坏保护渣在结晶器内正常熔化。2009年4月18日进行了实验，一共跟踪了12炉，共浇注172支，裂纹支数5支，合格率97%。2.4.2达钢小方坯中心缩孔缺陷解决方案四川达州钢铁集团有限责任公司五机五流大方坯连铸机是由中冶连铸总承包的项目，铸机设计要求年生产合格铸坯115万吨，浇注铸坯断面为160mm×160mm~280mm×280mm。由于钢厂轧钢条件的限制，目前只生产150mm×150mm断面的铸坯。2010年8月11日成功热试，2010年9月中旬，厂里为满足新高炉的投产，将铸机拉速提高至3m/min，铸坯则出现了厂方认为的缩孔缺陷（见图9），该铸坯缺陷比率高达73%，并且有1‰的铸坯在轧制过程中出现开裂、分层缺陷，严重影响生产，给达钢客户造成了很大困扰。通过观察冷态铸坯，查看典型铸坯缺陷处的样品，考察典型轧材缺陷形貌，调查铸机的实际情况，分析历史工艺数据，诊断出该缺陷并非为厂里认为的缩孔，实则是内部夹杂，并伴随有中间裂纹。根据现场情况和以往的经验制定了相应的解决方案：（1）改进浸入式水口的插入深度，对中间包下水口进行氩封。（2）优化工艺操作，对钢水的质量、钢水成分、中包温度控制、与质量有关的相关工艺操作提出一定的要求。（3）调整最小水量：确定1区、2区、3区和4区各自的最小水量设定分别为4m3/h、6m3/h、3m3/h和3m3/h。以缓解低拉速（2.2m/min）情况下铸坯表面温度过低的问题。根据解决方案实施生产，共浇注了6炉，铸坯上