舞鋼55t級扁鋼錠的開發設計與生產實踐

甄光楠  何德志  蘭瑞金

（舞陽鋼鐵有限責任公司第一煉鋼廠  河南  462500）

摘  要：隨著連鑄技術在大型鋼鐵企業的廣泛應用，小型鋼錠已經越來越多的被連鑄坯替代，模鑄鋼錠錠型規格也向著大規格大單重方向發展，而舞鋼一煉鋼廠現有最大鋼錠53噸，軋制單重高達39.05噸的鋼板，成材率高達72.99%，鋼板存在質量不穩定現象，為了進一步開拓市場，提高競爭力，需要開發重量更大的能生產55噸級扁鋼錠。2016年舞鋼一煉鋼廠在現有設備基礎上成功自主設計了55t級扁鋼錠，實現了舞鋼鋼錠成材大單重、高級別合同的歷史性突破，為新產品合同交貨期提供保證，提高舞鋼牌信譽，維護了舞鋼品牌的競爭力。

關鍵詞：大規格大單重、55t級 、競爭力

1 前言

舞陽鋼鐵公司是我國首家寬厚鋼板生產和科研基地,我國重要的寬厚鋼板國產化替代進口基地，其產品涵蓋國民經濟建設各個行業用鋼板，為國內各個重點工程項目及國防建設提供大量的優質特厚鋼板。隨著現代化建設的發展，市場對舞鋼特厚鋼板的要求也越來越高，產品規格難以滿足一些特殊用戶的要求，而舞鋼一煉鋼廠現有最大鋼錠53噸，軋制單重高達39.05噸的鋼板，成材率高達72.99%，鋼板存在質量不穩定現象，急需開發出單重39t以上的特厚優質鋼板。本文結合現生產的大鋼錠軋制的鋼板質量狀況及工藝設備、生產條件，提出開發55t級扁鋼錠的設計思路。同時通過對澆注水口孔徑、澆注速度、帽口裝配等重要工藝參數的優化，使大鋼錠普遍存在的偏析、夾雜等缺陷得到了控制，鋼錠的利用率也提到大幅度提高。

2 55t級扁鋼錠的設計依據

2.1 設計內收過渡、雙耳型增高調整圈

2016年以前，一煉鋼最大的扁錠鋼錠模為53t，而要開發55t錠型鋼錠模，既會增加生產成本，也會延長交貨期。一煉鋼在現有53t錠型鋼錠模模口加一200mm厚加高圈，加大53t本體重量，省去55t鋼錠模的設計、生產周期，實現了一模兩用，減少了鋼錠庫存。同時對現有200mm厚加高圈進行改進(如圖1)，由原先的單耳變成雙耳，解決了脫模時單耳受力集中，易斷裂壽命低的問題；同時內徑寬度與53t鋼錠模模口內徑寬度相比減少10mm，解決了加高圈與鋼錠模模口無法完美吻合造成加圈處鋼錠本體接痕嚴重，清理量大，存在易產生表面缺陷的問題。同時一煉鋼對53t錠型帽口車削50mm，既保證了帽容比，也能使鋼錠模順利通過澆鋼車。

2.2 設計55t錠專用靜壓力差高鑄管，使中鑄管與鋼錠帽口高度差值達到350mm，最低壓差達到0.26Mpa。

下注鋼錠時，鋼包內的鋼液通過中鑄管由湯道磚流入鋼錠模內，中鑄管應比鋼錠模（包括鋼錠帽口）高出300-500mm，以保證鋼液由足夠的靜壓差使每個錠模內的鋼液均能達到預定高度。

而受到一煉現場輔助澆鋼車、天車等設備高度空間及一軋鋼軋機開口度限制，目前51t、53t鋼錠配套中鑄管高度與鋼錠帽口平齊無落差，造成實際澆注過程中前期必須全流澆注后期上嘔被迫減流的現狀，注速控制不確定因素增多且前期注速過快造成表面裂紋缺陷，以及澆注后期時間偏長，鋼水二次氧化嚴重，對鋼錠內部質量帶來不利影響。一煉鋼對1#鑄線輔助澆鋼車及天車駕駛室進行改造，中鑄管高度由原來的4200mm增加至目前的4520mm，使中鑄管與鋼錠帽口高度差值由原來的30mm增加至目前的350mm，保證了鋼液有足夠的壓力流入錠模內，有效改善了前期注速偏快、后期上嘔嚴重降低注速的被動局面，對鋼錠表面質量和內部質量都有所提升。

2.3 采用定徑澆注工藝，根據不同鋼種，匹配不同孔徑鋼包水口

水口孔徑與澆注方法、鋼種、鋼包容量等因素有密切關系，水口直徑為：

d=D√（2/t√（H/2g））

式中H-鋼包中鋼液面高度

    D-鋼包平均直徑

    d-水口孔徑

    g-重力加速度

實際上隨著鋼種不同，鋼液流動性相差很大，因此必須根據實際情況選擇水口直徑。針對不同鋼種，低合金系列鋼包水口直徑由55mm優化至45mm，合金鋼系列鋼包水口直徑由55mm優化至50mm，通鋼量由澆注前期的8t/min降低至目前的4.5-5t/min；實現了開澆全流澆注，全程基本不再調流，本體平均注速由原來的20min降低至目前的23-25min。由圖2看出，55mm水口帽口端試樣出現點狀偏析并伴有輕微疏松， 45mm水口未見偏析和疏松。可見，注速度越快，固液兩相區內液體金屬的靜壓力越大，造成流動循環加劇，偏析嚴重,澆注時間的延長有利于調節鋼錠內部溫度場分布，有利于液態補縮，提高鋼錠內部致密度。另外，注速過快還會引起卷渣等問題，低硅臨氫鋼選用50mm水口，既保證了足夠的通鋼量，也可以減少因卷渣造成的尾部分層缺陷。通過對鋼包水口直徑的優化，低合金系列50t級以上鋼錠裂紋缺陷率下降0.86%，探傷合格率提高1.25%；低硅臨氫鋼尾部分層缺陷降低1.05%。

2.4 采用近恒溫澆注控制法，55t級扁鋼錠澆注過程加蓋紅包蓋

澆注55t級扁鋼錠，在VD真空處理結束后，加蓋紅包蓋，有效的減少了鋼液溫度的波動，促進了鋼液面的穩定，減少了鋼液卷渣，后期鋼水溫度低補縮效果差和夾雜物不易上浮，提高了鋼錠內部質量，鋼錠夾雜物明顯減少。

2.5 選用夾層隔熱帽口，對板厚140mm以上國標探傷，帽口內壁和絕熱板中間加訂鋁酸棉，提高帽口保溫效果，減輕鋼錠中上部疏松

鋼錠重量越大，體積必然越大，鋼錠凝固時間越長，越容易偏析，存在的缺陷也越嚴重。一煉鋼鑄錠作業區對55t錠型板厚140mm以上國標探傷，選用夾層隔熱帽口（如圖3），即在帽口內壁和絕熱板中間加訂一層鋁酸棉，提高帽口保溫效果。

為驗證鋁酸棉內襯帽口保溫效果，進行兩爐同錠型鋁酸棉內襯帽口和普通裝配帽口測溫對比，以及一爐鋁酸棉內襯帽口和內置絕熱板帽口測溫對比，數據如下表1、表2：

表1 爐號17102272：55*2

表2 爐號17102520：55*2

試驗結論：從表1、表2可以看出，鋁酸棉內襯帽口，帽口大面外壁溫度低于未加鋁酸棉帽口20-90℃左右，帽口小面外壁溫度低于未加鋁酸棉帽口24-55℃左右，說明鋁酸棉內襯帽口保溫效果有所提高，優于普通裝配帽口。鋁酸棉內襯帽口與普通裝配帽口溫差在20—90℃左右，兩者釋放的熱能差=460J/Kg/℃（鑄鐵比熱）*（20-90）℃*2500Kg=（23000-103500）KJ。

2.6 選用鋼錠分階段緩冷工藝，降低鋼錠表面裂紋

資料顯示鋼錠在發生在奧氏體向珠光體以及奧氏體向馬氏體轉變的過程中，沿奧氏體晶界面先析出薄的、連續網狀的鐵素體，然后在晶粒內轉化成珠光體。由于鐵素體強度小，塑性大，鋼錠在冷卻過程中出現應力集中現象，當集中應力超過鐵素體網所承受的極限時，邊沿著鐵素體網形成縱向裂紋。為了減輕冷卻過程中的應力集中，設計了55t鋼錠的脫模緩冷工藝：鋼錠澆注完后帶模緩冷24小時，脫錠后插入廢鋼錠模內緩冷24小時，溫送、溫清，溫清溫度≥300℃。該緩冷工藝有效避免了55t級鋼錠冷卻過程中應力集中造成的表面皮下裂紋、炸裂問題。

3 經濟效益測算

1）、一個圈（3t）的成本要遠遠小于設計一支新鋼錠模（55t）的成本，減少資金占用 ：6150*（55-3）*2=64萬元；

2）、2017年累計生產55t級扁鋼錠2750噸，相比電渣模生產，鑄成本相比電渣節約2500元/噸，節約工序成本2750t*2500/噸=687.5萬元。

 效益計算：64+687.5=751.5萬余

2017年55噸級扁鋼錠共計生產27爐，50支，2750噸。生產的鋼種有12Cr2Mo1R（H）、2.25Cr-1Mo-0.25V、SA516Gr70、S355J2+N，94%的合同為134mm以上NB/T47013.3-2015 I級探傷。其中臨氫鋼最高可合190mm厚NB/T47013.3-2015 I級，低合金系列鋼最高可合159mm厚NB/T47013.3-2015 I級。全年累計探傷38塊，合格35塊，探傷合格率92.11%。55噸級扁鋼錠的設計開發，不但節約了大量設計成本，還大大縮短了新鋼錠模開發的周期，給企業帶來了巨大的經濟效益和社會效益，還替代了進口，平抑了進口產品價格，為國家節約了大量外匯。55噸扁鋼錠的開發，帶動了鋼鐵行業及大型鋼錠產品升級及技術進步。使我公司繼續走在厚板行業技術前列，為贏得寬厚板市場打下了更牢固基礎。

4 結論

  （1）通過對加高圈、中鑄管、澆鋼車的設計與改造，完成了55t級扁鋼錠的設計。

  （2）通過對澆注水口孔徑的選擇、帽口裝配、澆注工藝的優化，成功實現了55t級扁鋼錠的生產，為產品結構調整和企業升級邁出了重要的一步。

參考文獻

[1] 郝俊良，王全勝.關于開發50t巨型鋼錠的設計構想.寬厚板.2004.（04）

[2] 王立功，張文杰.大型鋼錠模的優化設計與開發.大型鑄鍛件.2005.（02）