中天鋼鐵提高連鑄坯質量的技術改造研究

萬文華

中天鋼鐵集團有限公司，江蘇常州 213013

0 引言

隨著我國經濟的持續發展，我國鋼鐵冶煉技術也得到了快速的發展，特別是我國鋼鐵連鑄產量不斷提升，技術含量也在增加。由于我國經濟建設的快速發展，不同的鋼材在各個行業中都得到了不同的運用，很多板坯、圓坯以及管坯等板坯連鑄機在新世紀投入了使用。在這個過程中，不僅促進了我國鋼鐵冶金技術的設備信息現代化進程，而且為冶煉鋼材節約了大量的財力、物力。同時，由于我國鋼材技術與國外先進技術還存在很大的差距，所以連鑄板坯技術還要進一步優化和發展，這樣才能夠從根本上促進我國鑄坯技術的向前發展。

1 新世紀我國鋼鐵技術發展概況與中天集團簡介

1.1 中國鋼鐵工業發展概況

在進入21 世紀以來，我國經濟繼續保持了高速的增長，而且鋼鐵工業繼續保持高產高效的發展態勢。我國鋼鐵市場的不斷發展，不僅得益于國內市場的需求，而且隨著我國經濟繼續的深入發展，鋼材的需求會進一步增加。但是，由于資源與環境的制約，中國要繼續加強鋼鐵技術的發展，走可持續健康的發展態勢。這樣不僅能滿足國內自身發展的需要，而且能節約大量的資源，實現環境友好型、資源節約型的發展。

1.2 中天集團簡介

中天鋼鐵集團有限公司位于長江三角洲中心地帶——常州，南靠312 國道，北依滬寧高速公路與滬寧鐵路，西臨沿江高速公路，而京杭大運河穿廠而過，距離南京、上海航空港150 公里，交通十分方便。2009 年，集團成為鋼鐵研究總院——研究應用基地，2010 年12 月，集團院士工作站正式掛牌成立，我國工程院士干勇帶領的研究團隊，研究出一批高技術含量、高附加值的產品，對集團的發展具有非常重要的影響作用。集團現在每噸綜合耗能為0.595 噸標煤，耗水3.8 噸，環保指標達到國家的先進發展水平，而且集團是常州首家百億企業和五星級企業，2012 年，中國企業排名69 位，民營企業500 強第12 位。本文主要分析中天鋼鐵集團的連鑄坯技術，簡要說明了連鑄坯改造技術的方法與內容，希望對中天鋼鐵集團的發展提供一定的參考意見。

在連鑄坯技術發展過程中，中天的工藝和生產流程還是比較先進的，通過不同的技術改造，先后在市場經濟發展過程中取得了良好的發展成績。早在1985 年，就實現了全連鑄，顯著提高了我國鑄坯技術。隨著鋼材技術的不斷發展，外國鋼材企業的陸續進入我國市場，對我國鋼鐵企業產生重要的影響。本文著重分析了中天鋼鐵連鑄坯技術，希望對我國鋼鐵企業產生積極的參考意義。

2 連鑄坯技術改造的必要性

2.1 鐵水脫硫能力不足

中天鋼鐵在引進先進技術時，鐵水脫硫能力在鋼鐵技術中占有非常重要的地位。但是，在長期的實踐過程中，不斷的對原有技術進行了處理與改造，雖然改造后的鐵水脫硫能力有很大的提高，還是不能滿足集團發展的需要。而且，隨著國家和諧社會建設的提出，對環保要求也越來越高，因此提高鐵水脫硫技術就顯得非常重要。根據國內外先進鋼鐵企業的實踐表明，用優質鐵水進行脫硫，是提高鋼材質量、增加企業效益的重要環境，所以中天鋼材集團不斷加強鐵水脫硫技術增加企業效益，而提高中天鋼材的產品以及銷售量，成為中天集團要解決的重要問題。

2.2 全弧形鑄機不能生產高質量板坯

全弧形的鑄機固有的缺點是鑄坯內的夾雜物分布不均衡，不易上浮，夾雜物聚集在內弧四分之一的地方，而且鑄坯單點彎曲矯直，內部容易引起裂紋。并且，內外弧冷卻不均勻，這樣就造成了鑄坯中心偏析。但是隨著經濟的發展，對鋼材的要求越來越高，所以，鑄坯中夾雜物的聚集對鋼材的冶煉是非常有害的。目前，很多發達國家都采取了直弧型鑄機，而且日本已經普遍采取了該項技術，所以，要不斷加強直弧形鑄機在鋼材冶煉過程中的運用。

另外，在冶煉的過程中，中間的容量比較小，這樣，鋼水停留的時間比較短，造成鋼水中的夾雜物和鋼液就很難去除，中間容量小給多爐一起澆注帶來不便，如果更換大容量，就要降低拉坯的速度，鋼水液面常常處于臨界高度澆注，就很容易形成鋼液的殘渣。在我國，大容量澆注缺乏鋼水下渣監控技術，沒有辦法實現整個過程鋼液的澆注，這樣就會有一定量的鋼材產生二次氧化，影響鋼材冶煉的純度。

2.3 結晶系統不完善

我國目前一般采用的結晶器系統一般偏小700mm、液面高度為600mm，但是我國鑄機無液面自動控制裝置和振動裝置比較落后，在實際冶煉的過程中不是振幅偏小就是振幅偏大，冷卻水量小，水縫設計不合理，這些問題的存在，既影響鑄坯的質量，又影響爐機匹配銜接和拉坯速度。而且在二次系統冷卻之后，我國鑄機儀表可靠性比較差，不能實現二次冷卻閉環控制。再加上我國鑄機的自動化設備比較落后，信息化程度不高，而且有些設備的零部件無法訂購，存在無法修復的可能性，機械的精密程度嚴重影響到鑄機的正常運行和鑄坯的質量。

2.4 鑄機單點矯直問題

根據正確的計算，當坯厚為250mm 時，拉坯速度為1m/min 時，單點矯直的變化應該是0.5%，而且這是綜合應變的允許值。所以，在鑄機澆鑄250mm 厚鑄坯時，拉速只能控制在1m/min 之內。這樣，為了防止帶液芯矯直，也只能采取比較低的拉坯速度，這樣就導致鑄機與轉爐銜接匹配比較困難，當轉爐達到80 噸之后，爐機匹配的問題就更加明顯，溫度不能進行有效的控制，既影響鑄坯的質量，也影響鑄機的正常運行。

2.5 拉矯機輥距太大

拉矯機輥距大一般為500mm，個別達到515mm，由于拉矯機輥距過大，大部分輥子處鑄坯兩相界的綜合應變都超過了0.5%，最大綜合應變達到0.63%(比水量0.8L/kg 時)，因此在生產對裂紋較敏感的鋼種時鑄坯易產生內裂和沿鑄坯表面的振動痕跡線上產生橫裂。這樣，為了正常生產，拉速就要降低，從而鑄坯表面溫度也隨之下降，對一些澆注高溫脆化溫度較高的鋼種，在矯直區域易產生脆化溫度較高的鋼種，在矯直區域易產生高脆化裂紋，單點矯直時更甚。所以，要采取先進的技術，才能夠滿足現代市場對新型鋼材的需求。

3 加強鑄坯技術改造的對策

3.1 擴大鐵水脫硫能力

建立噴吹式脫硫站。針對實際的情況，建立新的噴吹式脫硫站，按照脫硫的技術考慮，脫硫后鐵水含量要低于0.010%，深脫硫的任務由其它的脫硫站承擔。要選擇價格低廉，而且不需要特殊防護的CaO 脫硫劑，這樣能夠節約成本，又能夠實現鐵水脫硫的效果。

增加機械攪拌式脫硫站。要在原來機械攪拌式脫硫技術的基礎上，進行不斷的創新，因為原來的技術水平已經不能適應現代鋼鐵冶煉技術的發展。而且要加強脫硫處理前后鐵水降溫的情況，機械攪拌式脫硫站的處理情況比噴吹式處理方式要優越，但是這種脫硫站建設存在的問題是設備比較復雜，特別是液壓式攪拌系統是國產的機械設備，而且有些設備的零部件可共用，也可以節約大量的成本。脫硫站的建設，花費的成本低、消耗的人力成本少，生產率比較高，投入的費用相對比較低，而獲得的收益則比較大。

3.2 加強鑄機的改造

要積極加強鑄機的改造，鑄機的改造要按照公司的總體規劃的設計方案，分步驟，有計劃的實施。要在原有弧型板坯鑄機不足的情況下，積極借鑒國外或者國內先進的技術改造或者新建板坯鑄機，這樣才能夠不斷提高鋼鐵冶煉的技術和質量。采用直弧形鑄機，要在生產、管理、改造資金等基礎上進行仔細的考慮，在改造的過程中要采取可行性、投資比較少、工程量比較少、節約成本的改造方案，而且在選擇鑄機的過程中要選擇性能優良的設備。

在直弧型鑄機彎矯方式選擇方面要注意以下幾點：帶液芯彎曲矯直的直弧型板坯鑄機其輥列設計主要分為三類：一是由日本研究設計的多點彎曲、多點矯直技術是直弧型機，二是由奧鋼聯設計的漸近彎曲、連續矯直技術的直弧型機，三是由康卡斯特研究設計的連續彎曲、連續矯直的直弧型機。在帶液芯彎矯理論的基礎上，鑄坯內裂敏感的鑄坯兩相區變化的控制技術得到了良好的發展。而且研究的成果表明，鑄坯兩相區的綜合應變大小對鑄坯內部裂縫具有很大的影響。所以要把綜合應變值控制在比較低的水平，普碳鋼的綜合應變要控制在0.4%～0.5%以內。直弧型鑄機在鑄流坯殼較薄時經受彎曲變形引起內部裂縫的情況，可以采取分節輥細輥密排連續彎曲來避免這樣情況發生。在改造的過程中，要積極采取先進的改造技術，采用連續布置的多點彎矯或連續(漸近)彎矯方式。

3.3 鑄機的參數要求及質量

在進行改造的過程中，在澆注平臺不變，廠房允許的情況下，鑄機的弧形半徑與直線段高度要盡可能大些一般情況下基本弧形半徑大于8m，直線段小于2m，主要采取的技術措施為鋼包-中間包鋼流用帶氬封的長水口保護和機械化操作，鋼包水口下渣自動檢測技術及鋼包加蓋裝置以及中間包水口更換技術，要增大冷卻水量以及壓力，采用高振頻、小振幅振動技術，而且要考慮在線停機電動調寬技術。積極發展二次冷卻技術而且要實現動態控制，采取電磁攪拌裝置和多功能輥縫測量技術，鑄流導向輥列布置采用分節輥細輥密集排列。

鑄機的參數要求圖（一）

改造成直弧型板坯鑄機后鑄坯的質量要達到以下要求，鑄坯的合格率要在99.8%以上，坯表面質量無清理率≥98%，鑄坯在最終矯直點處的表面溫度≥900℃，中心線裂紋發生率為0，鑄坯厚度±2.5mm，寬度±0.5%，翹曲度≤4mm/m，側向彎曲≤4mm/m，中間包鋼水夾雜物去除率≥65%。

3.4 提高連鑄坯內部質量

鑄坯內部質量是指低部結構、中心疏松、成分偏析和裂紋。鑄坯在經過高溫加工之后，有的缺點可以消失、但是有的會產生變形、有的則原封不動的保存下來，因此要不斷的改善鑄坯內部的質量，具體的做法是：加強鑄坯結構的控制，首先是擴大鑄坯中心等軸晶區，限制柱狀晶的生長，這樣就能夠減輕中心疏松和中心偏析。因此，要采用鋼水低過熱度澆注、電磁攪拌等技術就能夠提高鑄坯的質量；加強二次冷卻的控制，在二次冷卻區積極采用計算機控制二次冷卻水量分布，使矯直點表面溫度大于900℃，而且要保持鑄坯表面溫度的分布均勻。要對鑄坯的受力與變形進行控制，因為二次冷卻區受力與變形會城市不同程度的裂紋，要加強輥縫對中、壓縮澆鑄技術以及彎曲矯直等技術；對液相穴鋼水流動進行合理的控制，促進夾雜物的上浮，保持其分布均勻，不斷改善浸入式水口設計。

3.5 不斷加強連鑄坯表面縱裂的保護

連鑄坯表面縱裂紋對軋制產品質量的影響是非常明顯的，如深2.5mm、300mm 的縱裂紋在軋制板材上留下1125mm 分層缺陷，裂紋比較嚴重時，會造成產品的報廢或者拉漏，縱裂紋的產生主要是由結晶器彎月面初生坯殼厚度的不均勻性產生的，當坯殼拉應力超過鋼的強度時，就會在地殼薄弱處產生應力集中，這樣就會導致斷裂，縱裂的主要原因是結晶器液面波動造成的，當液面波動大于10mm 時，縱裂發生的可能性超過了30%，結晶器與水口不對也會產生偏流沖刷凝固殼，而且保護渣沒有完全熔化，液渣層太厚或者太薄，這樣就使渣膜厚度不一致，導致局部凝固殼太薄，當液渣層小于10mm 時，縱裂紋就會明顯的增加。

因此，要不斷加強縱裂發生的保護措施，具體要做到以下幾個方面，一是結晶器與水口要對中，保持結晶器液面波動穩定在±10mm，而且結晶器的錐度要準確合適，結晶器與二次冷卻區上部對弧要準，采用熱頂結晶器，即在彎月面區75mm銅板內鑲入不銹鋼等導熱性差的材料，減少了彎月面區熱流50%～70%，延緩了坯殼收縮，減輕了凹陷，因而也減小了縱裂發生幾率。

4 結論

中天鋼鐵集團提高鑄坯技術改造，既是提高中天集團冶煉技術的需要，也是提高中天國內國際競爭力的需要。所以，要采取積極的應對方針，遵循節約、有步驟、按照計劃實施。要不斷加強鐵水脫硫站的建設，改進加工技術，擴大脫硫能力，為生產優質鋼材、連鑄坯創造良好的條件。在改造的過程中，直弧半徑大于8m，直線段要大于2m，而且要推廣新的技術和工藝，擴大中天集團的影響力，促進中天集團的更大發展。

[1]蕭忠敏.KR鐵水脫硫技術的應用[J].煉鋼，2011(3).

[2]馬忠仁.對板坯連鑄機型選擇的再思考.鋼鐵技術，2010(2).

[3]張羅.我國鋼鐵技術改造項目可行性分析[J].武漢大學學報，2011(7).

[4]李揚.鐵水脫硫技術改造研究[J].冶煉技術研究，2012(5).

[5]鄧崎琳，蕭忠敏.鐵水脫硫預處理技術在武鋼的應用[C].中國鋼鐵年會論文集.