奧鋼聯板坯連鑄板坯表面質量的控制

包永鵬

（甘肅酒鋼（集團）宏興股份有限責任公司， 甘肅 嘉峪關 735100）

連鑄技術在生產效率和生產成本方面的巨大優勢是不銹鋼生產連鑄化的驅動力。同時，不銹鋼雙高特點(高合金含量，高表面質量要求)又使得不銹鋼連鑄化生產的步伐始終落后于連鑄技術的整體發展。近年來，連鑄設備和工藝水平的進步使得不銹鋼產品要求高表面質量的特點和連鑄高控制精度之間有了契合點， 從而使連鑄成為不銹鋼生產中的主流工藝手段。

酒鋼不銹鋼公司先后在2005 年和2010 年投入了2 條年產各60 萬元的不銹鋼生產線，每條生產線包括1 臺板坯連鑄機和相應的配套設備。由于在連鑄設備設計過程中考慮了不銹鋼的凝固特點和冶金特性，并且針對不銹鋼板坯的表面內在質量要求編制了相對合理的工藝路線，所以不銹鋼產品質量基本滿足了后工序的要求，達到了工藝設計的目標。

1 酒鋼不銹鋼板坯連鑄生產工藝和裝備

1.1 不銹鋼板坯連鑄生產工藝

不銹鋼連鑄板坯生產工藝流程見圖1。

1.2 不銹鋼板坯連鑄設備

不銹鋼板坯連鑄設備及主要參數見表1。

2 提高不銹鋼連鑄板坯表面質量

提高不銹鋼板坯表面質量，主要體現在降低板坯修磨率，包括表面和皮下夾渣、基本無表面縱裂紋和橫裂紋、規則和較淺的振痕等因素。不銹鋼板坯表面質量主要取決于連鑄工藝過程中結晶器鋼液流場分布、結晶器振動類型和參數、液面控制技術、保護渣熔融行為和鋼渣反應以及合理的一冷和二冷參數設置。

圖1 不銹鋼連鑄板坯生產工藝流程

2.1 結晶器鋼液流場分布

結晶器內鋼液流場分布決定了液面紊動幅度和夾雜物上浮規律。同時，鋼液流股的不同行為對保護渣的熔化特性和坯殼的生長規律也有一定影響。對于不銹鋼連鑄來說，板坯的表面質量決定了修磨損失量和最終產品所能達到的表面光潔度等級，是體現不銹鋼產品競爭力的關鍵因素。因此結晶器液面波動情況、結晶器窄面流股沖擊位置和沖擊強度、回流區域分布等，并針對不同種類不銹鋼的凝固特點和高溫力學性能，調整了SEN 幾何形狀、出鋼孔度、插入深度等工藝參數，利用正交法篩選出合理的工藝參數組合，并在實際生產運用。圖2 顯示了304 鋼種在板坯寬度1 260 mm、拉速1.1 m/min、水口出鋼孔15、水口插入深度120 mm 的工藝條件下，不同水口出鋼孔傾角的鋼液流場分布的數值模擬結果。

表1 不銹鋼板坯連鑄設備及主要參數

圖2 結晶器鋼液流場分布的優化

2.2 結晶器振動

結晶器振動裝置的類型和振動模式, 將決定板坯振痕深淺和規則與否。不規則和較深的振痕,其波谷處往往是板坯橫裂紋的發源地和渣粒、氣泡的聚集地,如果板坯修磨量不足,那么由于不銹鋼不易氧化的特點, 這些問題會被帶到冷軋產品并形成線鱗缺陷。不銹鋼公司的板坯連鑄機選擇了液壓振動方式,液壓缸為比例閥閉環系統控制。在設備層面上具備實現結晶器正弦曲線與非正弦曲線振動模式的能力, 并可在澆注過程中進行不同振幅及振頻之間的切換。振動工藝參數的選擇考慮在保證合理的保護渣消耗的前提下,盡可能減小振痕深度,提高板坯表面質量。圖3 給出了針對304 鋼種部分研究工作的結果。資料顯示,正常狀態下不銹鋼板坯在熱軋加熱爐內會產生0.2～0.3 mm 的氧化鐵皮, 在此范圍內的板坯表面缺陷可以隨氧化鐵皮被同時去除, 如果振痕深度在此范圍內，板坯可以不用修磨。因此，根據上述研究工作的結果，確定了合理的振動工藝參數和保證板坯表面質量所必需的拉速范圍。

2.3 結晶器液面控制

結晶器液面的控制除了取決于鋼液流場的優化設計外，結晶器液面自動控制系統也起著至關重要的作用。在不銹鋼公司連鑄機工藝設計中，選擇內裝渦流線圈式結晶器液面檢測裝置，用來檢測結晶器內的鋼水液面并反饋控制塞棒位置，液面控制精度±3 mm。在實際使用中當拉速變化或其他操作將引起結晶器液面波動時，系統都及時作出了反應，將液面波動值控制在一個相當小的范圍內，圖4 給出了實際生產中由于拉速大幅變化和結晶器挑渣圈作業時液面波動的實例。

圖4 結晶器液面控制

2.4 不銹鋼保護渣選擇

澆注過程中保護渣的行為直接影響不銹鋼板坯的表面質量。文獻指出，結晶器銅板和坯殼之間的3層結構，即液相、玻璃相、結晶相的厚度分布與相應的板坯表面質量有密切關系。在不銹鋼連鑄板坯用保護渣的選擇中，重點考慮了不同種類不銹鋼的高溫力學性能和凝固特性對保護渣性能的不同要求。比如，根據304 不銹鋼其在凝固過程中的相組成及其分布范圍。目前成分設計范圍內，304 鋼種顯微組織為90%以上的γ 相和4%～9%的α 相，因此在結晶器內坯殼的凝固收縮率會比較大，坯殼生長不均勻，引起的直接后果是板坯表面形成縱向的長條狀凹陷缺陷，部分凹陷中可以檢查到裂紋存在。因此保護渣的選擇首先考慮較高的堿度和結晶溫度，實現結晶器內均勻、溫和的散熱量，盡可能減少結晶器內坯殼不均勻生長現象。表2 為現階段的300 系列不銹鋼SPH-SL 188/MT 2 保護渣理化指標。

表2 SPH-SL 188/MT 2 保護渣理化指標

2.5 一冷強度

結晶器冷卻水量設置考慮了不銹鋼初生坯殼的熱力學性能和保護渣膜的最佳工作溫度，防止產生裂紋缺陷和出結晶器漏鋼事故。Cr、Ni 加入量對不銹鋼的高溫強度、熱導率、凝固收縮率有很大影響，一冷強度策略也有所不同。對于400 系列不銹鋼，坯殼高溫強度比較低（結晶器內坯殼溫度范圍），很小的應變就可能形成坯殼裂紋均勻、溫和的結晶器冷卻有利于減少坯殼表面形成裂紋，所以400 系列不銹鋼的結晶器冷卻強度要弱于300 系列不銹鋼。

2.6 二冷強度

不銹鋼公司板坯連鑄機的二次冷卻采用汽水混合冷卻，各回路冷卻水的流量控制，由2 級計算機根據澆注速度、鋼種和溫度修正因子等計算確定，具體的不銹鋼板坯連鑄二次冷卻強度設計的關鍵點在于：比水量設置不銹鋼較低的熱導率，滿足冶金長度的限制條件；考慮不銹鋼的熱力學性能,冷卻強度較碳鋼弱，重視冷卻的均勻性；考慮300 系列不銹鋼的裂紋敏感性和400 系列不銹鋼高溫強度低、容易產生高溫蠕變的特點。

在澆注過程中設定進水回路的水流量時, 都根據該回路所測得的實際進水溫度和目標溫度進行比較并修正，當進水溫度低于25 ℃或大于35 ℃時,二冷水自動控制系統將調節冷卻水的流量。

2.7 拉速控制

在目前的振動參數設置情況下, 拉速的提高減小了負滑脫率，振痕深度減小，板坯表面質量提高（圖5）。但是隨著負滑脫率的減小，保護渣消耗量下降,漏鋼率上升，所以1.0～1.2 m/min 的拉速水平比較符合目前我廠的生產情況。

3 連鑄工藝效果

在線階段的生產實踐中,絕大多數的工藝例如：中間包的氬封，大包長水口的免清洗，鋼水的弱吹時間，中包最低噸位的控制等均有效地保證了產品的質量對于不銹鋼連鑄而言, 修磨率和修磨損失直接反映了板坯表面質量的優劣, 是衡量板坯質量的重要指標。

圖5 澆注速度與板坯修磨率關系

其中2018 年1 月—8 月304 鋼種的實際修磨率指標（修磨率=1 個連澆內修磨的板坯數/1 個連澆內澆注板坯總數）見圖6，橫線太鋼2018 年同期304鋼種平均板坯修磨率指標。從圖示數據可以看出,目前我公司304 鋼種板坯修磨率已經達到太鋼的水平，特別自2012 年5 月以后304 鋼種修磨率一直低于0.35%，考慮到連澆爐次中頭尾坯必須修磨的規定,正常板坯的修磨率已低于0.3%。雖然存在最終用途不同造成的修磨標準差異的影響，但在某種程度上也反映了不銹鋼板坯較好的表面質量水平

圖6 304 鋼種板坯修磨率指標

4 結語

針對不銹鋼的特點進行了大量的研究工作,數值模擬、理論計算、現場實驗等多種手段被應用于我廠連鑄工藝設計中, 絕大多數工藝措施在生產實踐中被證明有效地保證了不銹鋼板坯的表面質量,板坯修磨率基本穩定在0.3%以下, 達到了較好工藝的水平。