連鑄混澆技術開發和質量控制

劉海春  李陽  郭銀濤  趙鐵成  余作朋  武學強

（河北鋼鐵集團唐鋼不銹鋼有限責任公司，河北，唐山,063000）

摘  要：為滿足多品種、小批量的汽車鋼生產要求，降低生產成本，提升創效能力，本文研究了不同牌號、不同鋼種組之間的混澆技術，建立了不同鋼種組的混澆原則和混澆坯的判定準則。分別針對成分相近鋼種和成分差異顯著鋼種，構筑了連鑄混澆的工藝控制措施，提出了混澆過程的保護渣更換制度。連鑄混澆技術的應用效果結果良好，無質量和生產事故發生。

關鍵詞：汽車鋼，混澆，保護渣，插鐵板

Development of Mixing-pouring Techniques and Quality Control in Continuous Casting

HaichunLiu, Yang Li, Yintao Guo, Tiecheng Zhao, Zuopeng Yu, Zhanli Liu, Xueqiang Wu

(Hebei Iron and Steel Group Tanggang Stainless Steel Co., Ltd., Tangshan, 063000)

Abstract：To meet the requirements for production of automotive steel with multiple varieties and small batches,and to reduce production costs and improve profitability，the technologies of mixed pouring between different brands and between different steel groups were invesigated, and the principle of mixed pouring and the criterion for determining mixed-slab were devoloped in this work.In addition, a systematic method for process controlling and a thorough regime for mould flux replacement during mixed pouring were propose.

Key Words: automotive steel, mixed pouring, mould flux, inserting metal band

1 前言

由于汽車產品日新月異，部件功能劃分日益細致，導致汽車用鋼強度等級涵蓋范圍從軟鋼到>1000Mpa的超高強度鋼[1, 2]。再根據主機廠的不同需求、汽車等級的劃分，汽車用鋼的生產牌號眾多，以上海寶鋼汽車用鋼為例，其公開通用的牌號約110個。汽車用鋼品種多的特點給傳統煉鋼廠的品種管理模式和生產組織模式帶來了極大的挑戰[3]，急需開發出不同鋼種、不同牌號之間連鑄混澆控制技術。

2 生產現狀

唐鋼不銹鋼公司是河北鋼鐵集團唐山鋼鐵集團有限責任公司旗下三大子公司之一。配套完整的煉鐵、煉鋼、熱軋全流程聯合生產線，具備年產鐵250萬噸、鋼280萬噸、卷板300萬噸的生產能力，主要產品有鍍錫基板、高強汽車鋼、深沖汽車鋼、高端MR鋼等。其中，汽車鋼已納入公司特色戰略產品序列。

唐鋼不銹鋼公司不同產品的生產流程如圖1所示。其中，高強汽車鋼采用鐵水脫硫→3#轉爐→LF→RH→3#CC→加熱爐→粗軋→精軋→卷曲的工藝路線進行生產。大包容量為100t、中間包公稱容量30t，內長4207mm、內寬1745mm、內深1145mm，3#連鑄機為1600mm×200mm規格的一機一流板坯連鑄機。

3#連鑄機所生產的品種比見表1所示，涵蓋了從超低碳鋼系列到中碳鋼系列。不銹鋼公司共有262個牌號，其中3#連鑄機生產的汽車用鋼牌號多達154種，單月生產鋼種牌號近90個。由于汽車用鋼品種、牌號多，而每個品種或牌號的訂單量少，導致中間包連澆爐數少，耐材損耗大、金屬收得率低，生產成本高，同時頻繁混澆導致板坯非計劃率高達4.8%，混澆坯成分和表面質量控制困難。為此，急需開發出適用于本公司的高強汽車鋼不同牌號、不同品種間的連澆控制技術。

表1. 3#連鑄機品種比

3 混澆關鍵工藝技術的開發

3.1 不同鋼種間混澆原則的建立

根據碳含量和合金元素含量，將現有鋼種分為10個鋼種組，如表2所示。

表2. 鋼種分組情況

為盡量降低混澆操作對成品成分帶來的干擾，以碳含量為主線，建立了允許混澆鋼種的對應表，如表3所示。由表可知，低碳鋼、超低碳鋼系列可混澆；近包晶和包晶鋼系列除不能與超低碳鋼系列混澆外，與其他鋼種系列均可以混澆；中碳鋼、近包晶和包晶鋼系列間可混澆。

表3. 允許混澆鋼種組對應表

注：●代表可混澆；○代表不可混澆

3.2 混澆坯判定規則

不同鋼種之間的混澆，必然在鑄坯長度上產生成分差異，具有成分差異的鑄坯即為混澆坯。為實現混澆坯的精準判定，降低因鑄坯判定而帶來的損失，需研究混澆時中間包鋼水的置換規律。試驗在1260mm*200mm斷面上進行，鋼種2（混澆之后的鋼種，以下相同，下文提到的鋼種1為混澆之前的鋼種）大包開澆時，澆注米數記為0m。在混澆操作所澆注的鑄坯不同長度上進行取樣，利用碳硫儀分析碳含量的變化規律，結果如圖2所示。由圖可知，在澆注8m（15噸）時，[C]含量開始發生變化；在澆注11-18m時，[C]含量變化劇烈；當澆注28m（54噸）后，碳含量趨于穩定，即中間包鋼水完成置換。因此，將鋼種2大包開澆后澆注15噸到54噸的鑄坯視為混澆坯（重30噸），而將其他鑄坯視為正常坯。

3.3 成分相近而牌號不同的鋼種混澆工藝

根據混澆前、后鋼種元素種類的包含關系和元素含量的重疊關系，制定了不同的混澆制度和混澆坯判定方法，具體如下：

（1）鋼種1和鋼種2所有成分有重疊的，混澆坯隨爐判定。鋼種成分按（鋼種1目標值+鋼種2目標值）/2控制。

（2）當鋼種2所含元素種類均包含于鋼種2時，混澆坯按鋼種1判定；當鋼種1所含元素種類均包含于鋼種2時，混澆坯按鋼種2判定。若涉及到低硅鋼（[Si]＜0.05%）與非低硅鋼的混澆時，低硅鋼先澆注，混澆坯按非低硅鋼判定；若涉及到低碳鋼與超低碳鋼（[C]<0.02%）混澆時，超低碳鋼先澆注，混澆坯按低碳鋼判定。

（3）在鋼種1和鋼種2的元素種類沒有包含關系且成分沒有重疊，但鋼種1和鋼種2所含元素種類包含于鋼種3時的情況下，混澆坯判為鋼種3。

3.4 異鋼種混澆工藝

當兩鋼種的成分沒有重疊時，尤其是含磷鋼與低磷鋼、含銅鋼與非含銅鋼、含鈮鋼與非含鈮鋼等屬于異鋼種。在品種多、批量小的訂單情況下，實現異鋼種之間的連澆，對降低生產成本，提高機時產量具有重要的意義。異鋼種混澆的核心是在結晶器內插入鐵板，將成分差異顯著的鋼水隔斷，改變新舊鋼液的流動和混合行為，達到分離前后鋼水使其成分保持一定的獨立性，從而既保證了生產的連續性，又減少了頭尾坯損耗，提高了鋼水收得率。

為進一步減少混坯量，提高混澆階段的鋼水質量，保證連續澆注的順利進行，需要對中間包鋼水重量和溫度進行嚴格控制。具體控制方法如下：（1）鋼種2上臺后，等中間包鋼水液面降低至下渣臨界高度（230mm）時，鋼種2大包再開澆；（2）中包渣層厚度＜30mm；（3）適當提高混澆前后爐次的精煉出站溫度。

插鐵板連澆的具體操作為：（1）當中間包鋼水重量達到一定范圍時，開始緩慢降拉速；（2）當中間包鋼水達到下限重量時，關閉塞棒，升起中包車，鋼水隔離件在重力作用下自動落至浸入式水口上方；（3）即刻降中包，大包開澆和中包開澆，完成插鐵板連澆操作。圖3展示了鋼水隔離件實物和現場操作情況。

表4示出了插鐵板異鋼種連澆的應用情況，從表中可看出，通過異鋼種連澆技術的應用，插鐵板次數逐月增加，且未發生任何事故，工藝運行穩定可靠，增加了公司小訂單的接單能力。

表4. 2017年插鐵板情況

3.5 混澆過程的保護渣更換技術

由于不同鋼種組具有截然不同的凝固特性，為減輕和避免鑄坯夾渣、裂紋、漏鋼等質量和生產事故，應選用不同的保護渣[4]。對于異鋼種連澆，需建立保護渣更換技術，以提高混澆前后鑄坯的表面質量�；�于保護渣理化特性和鋼種凝固特征，超低碳鋼保護渣可用于低碳鋼和超低碳鋼，包晶鋼保護渣可用于低碳鋼和包晶鋼，中碳鋼保護渣可用于包晶鋼和中碳鋼，從而制定出了如表5所示的換渣制度。該制度實施18個月以來，未發生因鋼種混澆而導致的鑄坯質量和漏鋼事故，應用效果良好。

表5. 混澆時保護渣的更換原則

4 實施效果

通過上述方案的實施，增強了生產組織的靈活性，實現了50噸級小訂單的正常排產，單個中包平均澆次長度提高了9.6爐/包，降低了因不同鋼種混澆帶來的鑄坯非計劃率，由4.8%降低至1.9%，連鑄作業率提高2.4%，回收損失減少2.7kg/t。同時，還降低了烘烤煤氣消耗�？偟哪陝撔�能力達300萬元以上。

5 結論

為支撐唐鋼集團的汽車鋼戰略計劃，本研究開發出了小批量、多品種鋼的混澆工藝，充分發揮了現有裝備能力，降低了鑄坯改降判率，減少了中間包使用成本，實現年創效300余萬元。

（1）建立了不同鋼種間的混澆原則，研究了混澆過程鑄坯的成分梯度，并構建了混澆坯長度（重量）的判定標準。

（2）針對成分相近的鋼種和成分差異顯著的鋼種，建立了不同的混澆工藝，實施效果良好，未發生質量和生產事故。

（3）創建了混澆過程的保護渣更換制度，保證了混澆鑄坯的表面質量。

參考文獻

[1] 陸匠心, 王利. 高強度汽車鋼板的生產與使用[J]. 汽車工藝與材料, 2004(2):45-49.

[2] 馬鳴圖. 我國汽車鋼板研究與應用進展[J]. 鋼鐵, 2001, 36(8):64-69.

[3] 張劍君, 彭著剛, 王春鋒等. 薄板坯單流中間包混澆水力學模型試驗研究[J]. 煉鋼, 2017, 33(4):19-22.

[4] 尚浩. 不同鋼種與連鑄保護渣關系與選用[C]. 2012年連鑄保護渣技術研討會, 2013.