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钢轨钢技术攻关研讨会论文集1莱钢近终型异形坯连铸机的生产与实践吕铭1，王学新1，卢波1，单国新2，单兆光1张庆1，陈永生1（1.莱钢股份有限公司俩钢厂，山东莱芜271104；2.西门子奥钢联，奥地利林茨）摘要：主要介绍世界上最大的近终型异形坯连铸机在莱钢的生产实践，本文从工艺、操作、质量改进等方面阐述近终型异形坯的生产实践过程，特别是在解决腹板裂纹和漏钢等问题方面，采取了优化配水模型、改进保护渣、提高钢水质量等措施，取得了较好的效果。关键词：异形坯；生产工艺；铸坯质量；腹板裂纹；漏钢TheProductionandPracticeoftheNearNetShapeBeamBlankCasterinLaigangLVMing1,WANGXue-xin1,LUBo1,G.X.Shan2SHANZhao-guang1,ZHANGQing1,CHENYong-sheng1(1.Steel-makingpiantofLAIWUI&ELimited,LAIWU271104,China;2.SiemensVAILinz,Austria)Abstract:Theprocuctionandpracticeoftheworld’slargestnear-net-shapebeamblankcasterinLaiwuSteelisintroducedinprocess,operationandqualityimprovement.Theoptimizationofwaterdistributionmodelandtheimprovementoffluxpropertiesandsteelqualityachievedgoodresultinthesolutionofwebplatecracksandbreakout.Keywords:BeamBlankCaster;productiontechnology;castingblankquality;webplatecracks;break-out1前言经过近几年的发展，2007年莱钢集团H型钢总产量达到240万吨，涵盖小型、中型、大型等全部H型钢规格，成为中国境内最大的H型钢生产基地。2005年之前，莱钢只具有小型和中型H型钢的生产能力，规格品种不全影响了莱钢H型钢的竞争力。为完善H型钢品种规格、提升H型钢的竞争力，莱钢于2005年8月新上一套大H型钢生产线，近终型异型坯连铸机是该项目的重要组成部分，该连铸机的顺利投产对莱钢实现预期战略目标具有重要意义。2莱钢近终型异型坯连铸机的工艺特点经过近几年的发展，2007年莱钢集团H型钢总产量达到240万吨，涵盖小型、中型、大型等全部H型钢规格，成为中国境内最大的H型钢生产基地。2005年之前，莱钢只具有小型和中型H型。2.1莱钢异型坯连铸机工艺参数（见表一）表1莱钢异型坯连铸机工艺参数Table1Maindeviceandprocesstechnologyofsteelmakingsystem断面BB1：1023.8×390×90mm；BB2：750×370×90mm；BB3：555×440×90mm铸机形式全弧形，半径12m，连续矫直，四架拉矫机，3机3流，结晶器到切割机约30m，火焰切割。振动形式液压驱动，振幅：0-12mm(±6mm)频率范围40~300次/min，振动曲线正弦或非正弦曲线结晶器组合铜板式，长800mm，Ag-Cu材质，镀铬/镍铁，厚度0.1mm。设计锥度＜1.0％/m二冷系统二冷分为5个区，除1区外采用气雾喷嘴，喷嘴布置简洁，便于更换。内弧侧有吹水器中间包T形中间包，冲击区距离注流较远，定径水口，每流两个。浇注方式半保护浇注。引锭装置采用启动棒与坯头连接。设有自动起步模式，有事故摆槽，起步或事故时使用。2.2异型坯连铸机的工艺特点异型坯连铸机有很多的工艺和设备与现代传统的连铸工艺相似，但因其断面的特殊性，其在外形上集圆坯、方坯、板坯特点于一体，因此具有和其他传统连铸机不同的工艺特点。异型坯断面复杂，铸坯断面冷却速度不均匀，铸坯的收缩和内部应力也不均匀，表面和内部质量问题突出，其生产难度要大于其他类型连铸机。2.2莱钢近终型异型坯连铸机的工艺特点莱钢近终型异型坯断面大，铸坯宽度最高达1024mm，翼缘厚度最高达555mm；为钢轨钢技术攻关研讨会论文集2减少轧制工序，采用近终型设计，腹板和翼缘薄，腹板厚度仅有90mm。这些使得异型坯的特点在莱钢近终型异型坯上变得更加突出，断面的不规则性更加明显，使得莱钢近终型异型坯又比小异型坯的裂纹发生率高。这对结晶器内水口的对中、结晶器状况、铸坯二次冷却提出了更高要求。同时对设备维护也提出了更高要求，比如结晶器铜板内部形状复杂，尺寸不好把握，扇形段辊子排列复杂，保证对弧精度较为困难等。3工艺和操作改进为保证生产顺行，在中间包、浇注方式、漏斗支撑、结晶器镀层、引锭杆等方面做了改进。3.1中间包寿命的提高与流场优化3.1.1存在问题：原设计冲击区抗冲击能力差，底部容易被大包注流击穿，中间包寿命低，平均只有9小时。中间包设计较小，有效液面高度低，正常浇注时液面高度只有600~700mm，不利于夹杂物上浮；中间包流场不好，大包钢水容易直接流入二流，造成二流钢水温度偏高，夹杂物偏多。3.1.2改进方案：改进中间包冲击区形状，使大包注流在中间包内有足够的缓冲，较好的保护冲击区底部耐材，提高中间包寿命。将中间包高度适当加高，提高了中间包内钢水液面，有利于夹杂物上浮，还可减弱大包注流对中间包耐材的冲击。在中间包内配合设计围堰和挡坝，优化钢水流场，避免钢水直接流入二流。3.1.3改进效果：改进后，中间包平均寿命提高数倍，钢水在中间包内停留时间延长，便于夹杂物上浮。3.2浇注方式和漏斗支撑方式的改进3.2.1存在问题：原设计采用定径水口，水口寿命低，最多只有8小时，不能与中间包寿命匹配。漏斗支撑采用固定在结晶器的方式，更换漏斗不方便，事故状态时支撑装置容易粘冷钢。3.2.2改进方案：采用莱钢自己设计的定径水口快换更换机构，该机构结构简单，操作方便，耐材寿命长，当定径水口侵蚀严重时，可以快速更换，防止拉速异常升高。重新设计了漏斗支撑方式，可以实现漏斗与漏斗托架的快速更换。3.2.3改进效果：改进后定径水口寿命实现了与中间包寿命同步，并且水口更换不影响铸坯质量，铸坯无重接。新的漏斗支撑方式实施后，便于漏斗更换和事故处理。明，碳中心偏析指数≤1.054。3.3结晶器镀层的改进3.3.1存在问题：原设计结晶器铜板为铬镀层，使用寿命在10000吨以下，主要表现为磨损严重，铜板下口露铜，部分铜板铬镀层整体脱落。另外，铬镀层传热系数偏高，不利于控制传热。3.3.2改进方案：采用镍铁或镍钴镀层，该镀层耐磨性较铬镀层好，与铜板结合力较大，导热系数适中。采用铜板上下口梯形镀层的方式，兼顾上部弯月面传热与下口耐磨的要求。3.3.3改进效果：在返修铜板上应用镍铁或镍钴镀层，铜板耐磨性大大提高，寿命在30000吨以上，无镀层脱落现象。3.4引锭杆的改进3.4.1存在问题：引锭杆在浇注准备位时，原设计引锭杆尾部在第二架拉矫机，理论计算在理想状态下两架拉矫机的夹紧力（摩擦力）足够克服引锭杆的下滑力，但实际生产中经常发生引锭杆下滑现象，下滑距离虽不大，但会破坏生产准备时的封引锭效果，容易造成生产事故。现场观察发现，设备检修时的黄油、润滑油有时也附着在引锭杆上，引锭杆使用一段时间后表面变得光滑，这些因素都会造成引锭杆表面摩擦系数降低，原有的两架拉矫机的夹紧力（摩擦力）显得偏小。3.4.2改进方案：在不对设备做大改动的前提下，将拉矫机加长一段距离，使引锭杆在浇注准备位时其尾部在第三架拉矫机，三架拉矫机同时压下，提高夹紧力（摩擦力）。3.4.3改进效果：引锭杆加长后，引锭杆下滑的现象得到控制，2006年6月以后没有再出现类似现象。4漏钢事故的解决莱钢近终型异型坯连铸机生产中遇到的主要问题是漏钢，分为起步漏钢（拉脱）、换漏斗时漏钢两类。4.1起步漏钢4.1.1原因分析：原设计引锭杆与冷料之间采用密封垫密封，密封垫加工尺寸不合适，密封效果不好，钢水容易渗出。冷料的布置方式方面，启动棒周围冷料偏少，此处正对浇注点，容易造成启动棒融化。还有一种情况，启动棒在引锭头过拉矫机时容易拉钢轨钢技术攻关研讨会论文集3断，主要原因是启动棒材质为45#钢，硬度虽然较高，但韧性较差，容易出现脆断现象。4.1.2解决措施：优化密封垫设计，严格控制密封垫加工的尺寸精度，提高了密封垫的密封效果。增加了引锭棒周围的冷料密度，对引锭棒本体起到了良好的保护作用，同时在引锭棒护管上增加开孔数量，保证钢水凝固时将冷料与启动棒有效结合。在启动棒材质选择上，经过不同材质的试验，最后选择了合适的材质，这种材质强度满足要求，不易脆断。4.1.3效果：采取以上措施后，起步漏钢、拉脱现象明显减少。2007年1~11月，未发生起步漏钢、拉脱事故。4.2换漏斗时漏钢4.2.1原因分析：换漏斗后1~3分钟，翼缘圆角处出现漏钢事故较多，因漏斗寿命较短，更换较频繁，此类事故对生产顺行影响较大。换漏斗时漏斗底部对保护渣液面搅动较大，容易破坏保护渣的三层结构，进而影响保护渣的润滑，极易造成卷渣，在漏钢坯壳上经常可见铸坯局部润滑不良，振痕紊乱。职工换水口操作时，有求快心理，操作不稳，漏斗摆动幅度较大，更易破坏液渣层。4.2.2解决措施：改进更换漏斗的操作方式，采取高挂低放的更换模式，减少了漏斗自身的摆动，最大限度的避免了更换漏斗时对液渣层的破坏。4.2.3效果：采取以上措施后，更换漏斗时的漏钢得到有效控制。2007年1月~2008年6月，此类事故只发生1次。5、质量优化异型坯断面复杂，受工艺条件的制约铸坯很难均匀冷却，不均匀的冷却使坯壳各处受到的应力较大，内缘R角及腹板处应力更为集中，容易产生表面质量缺陷。莱钢近终型异型坯连铸机存在的主要问题也是铸坯表面裂纹，在轧材工序表现为腹板裂纹。5.1裂纹形态裂纹出现在轧材腹板中部或靠近翼缘处，裂纹方向沿轧制（浇注）方向。用放大100倍的高倍显微镜观察，裂纹深度0.2~0.8mm，裂纹宽度0.1~0.6mm，裂纹底部不规则，有些裂纹有延伸（底部分叉），裂纹周围有脱碳迹象。电镜观察裂纹周围有夹杂物富集的现象。与轧材相对应，铸坯在腹板圆角处和腹板中部也存在表面裂纹，但因较小的裂纹热态不易发现，有些有缺陷的铸坯漏检，造成轧材腹板裂纹。5.2产生原因表面裂纹与结晶器区域内的冷却关系较大，原则上应限制传热，需要对保护渣性能进行优化，调整粘度和碱度，同时提高结晶器进水温度、适当降低冷却水量。受异型坯自身条件的限制，表面裂纹出现几率大，二次冷却过强也容易扩展裂纹，应适当降低二次冷却强度。钢水纯净度也与裂纹有直接关系，夹杂物过多容易造成腹板裂纹。5.3采取措施调整保护渣性能指标，试验不同碱度、粘度的保护渣，最后定型一种具有较低的传热系数、良好润滑性能的保护渣，有效的提高了质量。适当提高结晶器进水温度，并全年保持该温度，防止季节变化带来的不利影响。在保证结晶器水流速的前提下，适当减少结晶器冷却水量，降低结晶器内冷却强度。提高钢水纯净度。对精炼工序的脱氧和造渣制度进行改进，提高碱度，提高脱氧效果，降低精炼出站时的氧含量，延长精炼时间，保证足够的软吹时间，降低钢中夹杂物。同时限制连铸机结晶器烧氧时间和次数，提高保护浇注效果，减少钢水二次氧化。5.4效果采取以上措施后，铸坯质量明显提高，铸坯合格率由投产初期的96.1%提高到2007年的99.6%以上。6、质量优化2005年8月17日近终型异型坯连铸机一次热试成功，通过扎实有效的工作，五天后（8月22日）即实现日达产，当年11月6号实现月达产，投产两年多来莱钢近终型异型坯连铸机累计产量242万吨。2007年平均月产量在10万吨以上，平均合格率保持在99.5%以上，漏钢率控制在0.02%以下。2007年铸坯产量、合格率如表2。表2莱钢异型坯连铸机产量和合格率统计Table2Productionoutput&QualificationRateoft