釩鈦科技170×170mm²斷面方坯連鑄機(jī)高拉速技術(shù)攻關(guān)

肖建華

（成渝釩鈦科技有限公司，四川  內(nèi)江 641000）

摘要：成渝釩鈦科技有限公司因提升產(chǎn)能需要，在方坯連鑄機(jī)170×170mm²斷面基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化調(diào)整配水參數(shù)，進(jìn)一步提高連鑄機(jī)拉速，在保證鑄坯質(zhì)量穩(wěn)定受控的情況下，提高機(jī)時(shí)產(chǎn)量，滿足生產(chǎn)要求。

關(guān)鍵詞：連鑄，高拉速，質(zhì)量，配水

前言

釩鈦科技煉鋼廠170×170mm²斷面方坯連鑄機(jī)，原設(shè)計(jì)拉速為2-2.8m/min，為進(jìn)一步提高機(jī)時(shí)產(chǎn)量，需要將拉速提高至3.2-3.5m/min，以達(dá)到爐機(jī)匹配，滿足生產(chǎn)要求。但拉速提高后，連鑄漏鋼幾率增加、鑄坯質(zhì)量不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)將大幅增加。

一、生產(chǎn)現(xiàn)狀

1、170×170mm²斷面方坯連鑄機(jī)基本工藝參數(shù)

鑄機(jī)半徑：10m

振動頻率：36-360次/min

振幅：±6mm

振動方式：正弦

結(jié)晶器長度：900mm

冷卻方式：全水冷卻

冶金長度：30.78m

2、生產(chǎn)情況

釩鈦科技公司170×170mm²斷面方坯連鑄機(jī)主要澆注鋼種為HRB400E、HRB500E，液相線溫度平均為1502℃，平均中包溫度1530℃，平均拉速2.8m/min。

二、提高拉速對生產(chǎn)質(zhì)量的影響

1、漏鋼幾率增加：拉速增加，結(jié)晶器冷卻強(qiáng)度不足，鋼水熱量無法及時(shí)傳遞，導(dǎo)致出結(jié)晶器的坯殼變薄，在鋼水靜壓力的作用下，坯殼破裂，發(fā)生漏鋼事故。

2、鑄坯內(nèi)部夾雜物增加

   拉速增加，水口侵蝕加劇，同時(shí)鋼水浸入深度增加，鋼水在結(jié)晶器內(nèi)停留時(shí)間短，鋼水中的夾雜物來不及上浮，導(dǎo)致鑄坯內(nèi)在夾雜物增加，影響鑄坯質(zhì)量。

3、對鑄坯外部質(zhì)量的影響

（1）、菱變

拉速增加，坯殼在結(jié)晶器下部偏薄，特別是角部區(qū)域，氣隙大，傳熱慢，易發(fā)生菱變。引起結(jié)晶器內(nèi)冷卻水間歇沸騰和坯殼變形，致使出結(jié)晶器的坯殼減薄，坯殼的強(qiáng)度和剛度降低。導(dǎo)致初生坯殼在不均衡力作用下產(chǎn)生變形，發(fā)生菱變。

（2）、裂紋

較快的拉速，特別是過熱度較高時(shí)，高拉速加劇坯殼在結(jié)晶器內(nèi)生長的不均勻性，使坯殼變薄，當(dāng)應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生裂紋。

4、對內(nèi)部質(zhì)量的影響

   隨著拉速的增加，鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)停留時(shí)間變短，鋼水凝固速度降低，增加了消除鋼水過熱度所需要的時(shí)間，將導(dǎo)致鑄坯液芯延長，推遲了等軸晶的形核長大，擴(kuò)大了柱狀晶，

三、影響拉速提高的因素

拉坯速度，是指連鑄機(jī)單位時(shí)間內(nèi)，每流拉出的鑄坯長度（m/min），也可以用每一流單位時(shí)間內(nèi)拉出鑄坯的重量來表示（t/min）。

連鑄拉坯速度是正常澆注操作中的重要控制參數(shù)。中間包內(nèi)鋼液溫度是控制和調(diào)節(jié)拉坯速度的關(guān)鍵。其大小直接影響到鋼水的凝固速度及內(nèi)部質(zhì)量。顯然，在連鑄坯斷面一定的情況下，提高拉速可以提高連鑄機(jī)的生產(chǎn)能力。但是，拉速過高會造成結(jié)晶器出口處坯殼厚度不足，難以承受拉坯力和鋼水的靜壓力，以致坯殼被拉裂甚至拉漏。因此，拉速必須和中間包內(nèi)鋼水溫度密切配合。提高拉速應(yīng)以獲得良好的鑄坯結(jié)構(gòu)和保證正常操作為前提，在這一前提下，盡可能提高拉速。

鋼種、中間包容量、中間包液面深度、鑄坯斷面、冶金長度、結(jié)晶器出口坯殼厚度和澆注溫度等是影響拉速的主要因素。

（1）、鋼種的影響

不同鋼種的凝固系數(shù)不同。碳素鋼凝固系數(shù)最大，合金鋼凝固系數(shù)最小。因此，斷面相同的碳素鋼拉速要比合金鋼的拉速大。這是因?yàn)槟�固系�?shù)小的鋼種在冷卻過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力大，只能采用較小的拉速。

鑄坯斷面形狀及尺寸的影響

（2）、鑄坯斷面形狀及其尺寸的影響

不同斷面形狀的鑄坯，單位質(zhì)量的周邊尺寸不同，冷卻的比表面不同。對于相同鋼種的鑄坯，斷面大的冷卻“比表面”小，因而大斷面鑄坯的拉速一般低于小斷面的拉速。

（3）、結(jié)晶器傳熱能力的限制

   拉速增加，鋼水在結(jié)晶器內(nèi)的停留時(shí)間減少，出結(jié)晶器的凝固殼變薄，甚至發(fā)生漏鋼。根據(jù)結(jié)晶器散熱量計(jì)算出的最高澆注速度，方坯為3-4m/min。

澆注溫度及鋼水中硫磷含量的影響

澆注溫度高時(shí)，凝固時(shí)間延長，拉速應(yīng)減小，反之亦然。在連鑄生產(chǎn)實(shí)踐中要根據(jù)中間包鋼水溫度來調(diào)整拉坯速度。

當(dāng)澆注溫度高或鋼水中硫、磷含量較高時(shí)，都要適當(dāng)降低拉速；生產(chǎn)實(shí)踐中，允許澆注溫度偏差在一定范圍內(nèi)，如最佳溫度偏差小于±5℃時(shí)，可按正常拉速拉坯；若溫度偏差在±（5-10）℃時(shí)，則拉速相應(yīng)降低或提高10%左右。當(dāng)鋼水中硫含量＞0.025%或硫含量+磷含量大于0.045%時(shí)，拉速應(yīng)按下限控制。

（4）、拉坯力的限制

隨著拉速的提高，鑄坯中未凝固長度邊長，各相應(yīng)位置上凝固殼變薄，鑄坯表面溫度升高，鑄坯在輥間的鼓肚量增加，容易產(chǎn)生表面橫裂紋和內(nèi)部裂紋，若超過了拉拔轉(zhuǎn)矩，就不能拉拔。由于這種原因也限制了拉坯速度的增加。

除了上述因素外，其他如結(jié)晶器振動、保護(hù)渣性能、二冷強(qiáng)度、結(jié)晶器傳熱能力等對拉速也有一定的影響。因此，應(yīng)根據(jù)情況和澆注工藝條件，選擇既能發(fā)揮連鑄機(jī)生產(chǎn)能力又能保證鑄坯質(zhì)量的合格的拉速

（5）、水口選型的限制

水口直徑應(yīng)滿足連鑄機(jī)在最大拉速時(shí)的鋼水流量。根據(jù)中包水口流出的鋼水量與結(jié)晶器拉走的鋼水量相等原則，水口直徑可由下式計(jì)算確定

d=（4abv/C_Dπ（2gH）^1/2）^1/2

H—中包鋼水深度，m

ab—結(jié)晶器斷面，m²

v—拉速，m/min

C_D—水口流量系數(shù)，鎮(zhèn)靜鋼為0.86-0.97

d—水口直徑，mm

澆注后期，水口直徑擴(kuò)大，拉速相應(yīng)提高

四、提高拉速的措施

1、結(jié)晶器配水

   結(jié)晶器的作用是保證坯殼在結(jié)晶器出口處有足夠的強(qiáng)度，以承受鋼水的靜壓力，防止拉漏，同時(shí)又要使坯殼在結(jié)晶器內(nèi)冷卻均勻，防止表明缺陷的產(chǎn)生。為了保證鋼水在短時(shí)間內(nèi)形成堅(jiān)固外殼，要求結(jié)晶器有相應(yīng)的冷卻強(qiáng)度，這就要求結(jié)晶器有合適的冷卻水量。冷卻水量過小，將降低結(jié)晶器的冷卻強(qiáng)度，影響拉坯速度的提高，且易使結(jié)晶器內(nèi)壁溫度升高，縮短結(jié)晶器使用壽命。反之，冷卻水量過大會使坯殼過早收縮，從而使結(jié)晶器與坯殼間過早形成氣隙，減少鑄坯向結(jié)晶器傳熱，也將影響提高拉坯速度。

   因此，結(jié)晶器冷卻水進(jìn)出水溫差、出水溫度應(yīng)控制在適當(dāng)范圍內(nèi)，為保存坯殼厚度均勻，生產(chǎn)中應(yīng)盡量保證冷卻水量和進(jìn)出水溫差恒定。結(jié)晶器水壓也應(yīng)控制在適當(dāng)范圍內(nèi)，為防止結(jié)晶器水縫間產(chǎn)生間斷沸騰，可提高水壓或縮小水縫，以增加水的流速，避免結(jié)晶器過熱變形，減少鑄坯菱變和角裂缺陷。

對此釩鈦科技連鑄結(jié)晶器冷卻水流量，由135~140m³/h調(diào)整為140~160m³/h，按銅管通鋼量0-4000t；4000-7000t；7000以上分3個(gè)階段進(jìn)行配水調(diào)節(jié)，控制結(jié)晶器水溫差在7-10℃，穩(wěn)定鑄坯坯殼厚度，保證結(jié)晶器內(nèi)初生坯殼厚度達(dá)到8~12mm的要求，避免漏鋼事故。

表2  釩鈦科技結(jié)晶器配水參數(shù)

2、二冷配水

   從結(jié)晶器出來的鑄坯，其芯部仍為液態(tài)。為使鑄坯在進(jìn)入矯直點(diǎn)前或在切割前完全凝固，就必須在二冷區(qū)進(jìn)一步對鑄坯進(jìn)行冷卻。為使二冷系統(tǒng)能對鑄坯表面溫度進(jìn)行均勻控制，應(yīng)盡量使水霧均勻覆蓋在鑄坯表面。然而，由于二冷噴水的復(fù)雜性，鑄坯表面溫度波動客觀上是不可避免的。因此，良好的二冷系統(tǒng)控制是避免和減輕大急劇溫降的重要環(huán)節(jié)。

由于鑄坯出結(jié)晶器后進(jìn)入二冷區(qū)上段時(shí)，內(nèi)部液芯量大，坯殼薄，熱阻小，坯殼凝固收縮產(chǎn)生的應(yīng)力也小。此時(shí)加大冷卻強(qiáng)度可使坯殼厚度迅速增加，并且在較高的拉速下不會拉漏。當(dāng)坯殼厚度增加到一定程度后，隨著坯殼熱阻的增加，則應(yīng)逐漸減小冷卻強(qiáng)度，以免鑄坯表面熱應(yīng)力過大產(chǎn)生裂紋。因此，在整個(gè)二冷區(qū)應(yīng)對采取自上到下冷卻強(qiáng)度由強(qiáng)到弱的原則。

拉速提高后，二冷配水強(qiáng)度相應(yīng)增加，但在提高冷卻強(qiáng)度的同時(shí)，鑄坯表面局部溫降劇烈，鑄坯回溫產(chǎn)生裂紋，為保證鑄坯表面橫向及縱向都能均勻降溫，鑄坯表面冷卻速度應(yīng)小于200℃/min，表面溫度回升應(yīng)小于100℃/min。

因此，結(jié)合釩鈦科技連鑄機(jī)二冷段設(shè)計(jì)長度較短，鑄坯回溫控制難度大的問題，二冷段由3段配水增加至5段配水，增加鑄坯冷卻長度，減少鑄坯強(qiáng)冷和回溫，全部采用自動配水模式，通過專業(yè)設(shè)計(jì)配水參數(shù)再根據(jù)生產(chǎn)時(shí)間情況進(jìn)行微調(diào)，控制拉矯機(jī)坯溫為1000~1080℃之間。

表3  釩鈦科技二冷段改造

表4  釩鈦科技二冷配水表

3、溫度控制

通過對配水的調(diào)節(jié)，控制鑄坯在拉矯機(jī)的溫度，均＞950℃

表5  釩鈦科技連鑄高拉速下鑄坯在拉矯處溫度

4、保護(hù)澆注工藝優(yōu)化

在提升拉速后，保護(hù)渣耗量及性能將鑄坯質(zhì)量和生產(chǎn)存在一定影響，需同時(shí)匹配保護(hù)渣的熔化速度和液渣層厚度，確保穩(wěn)定的渣膜潤滑和良好的傳熱效果，避免生產(chǎn)漏鋼事故。

每一爐對結(jié)晶器保護(hù)渣渣層進(jìn)行測量檢測，確保渣層厚度控制在20~40mm范圍，液渣層不低于5mm，保護(hù)渣三層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

5、優(yōu)化大包水口和中包定徑水口的選型，滿足高拉速過鋼量要求。

采用Φ55mm大包水口澆注，解決在鋼包澆注至中后期時(shí)因液面高度降低、鋼水靜壓力減小，中包不能滿液面澆注的情況。選型Φ22mm中包上水口并匹配Φ21mm下水口使用，滿足拉速提升至3.5m/min時(shí)的過鋼量要求。

五、鑄坯質(zhì)量情況

在拉速提升后，平均拉速3.2-3.5m/min時(shí)，中心裂紋、疏松、縮孔等單一缺陷最高為2.5級，鑄坯低倍缺陷總級數(shù)＜4.5級。其中在拉速3.5m/min時(shí)，鑄坯缺陷總評級為3.0，鑄坯質(zhì)量正常。

五、結(jié)束語

釩鐵科技煉鋼廠通過對連鑄配水制度以及水口選型的優(yōu)化，連鑄平均拉速提升至3.2-3.5m/min，鑄坯質(zhì)量穩(wěn)定受控。實(shí)現(xiàn)170×170mm²斷面方坯連鑄機(jī)拉速的全面提升。

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