連鑄坯熱送熱裝生產工藝的實踐分析

李福朋，周蘭霞

（ 天津市新天鋼聯合特鋼有限公司，天津 301500）

眾所周知，連鑄由于具有簡化流程、提高金屬收得率、降低能耗、提高自動化水平等一系列優點，自問世以來，不斷發展，得到了迅速推廣和應用，現代化鋼廠都在朝著全連鑄方向發展，連鑄比已經成為一個國家工業發達的標志。連鑄自從發明以來，已經在全世界獲得廣泛應用，連鑄產品根據形狀分為: 方坯、板坯和圓坯，按鋼種分低碳鋼、低合金高強鋼、優質合金鋼和超級合金鋼等。目前，我國連鑄機擁有數量和連鑄坯產量居世界前茅，連鑄生產連續性、穩定性和主要生產技術指標都達到國際先進水平。在此大環境下，國內連鑄生產企業對相關生產都展開了深入研究。隨著連鑄技術的不斷進步及全連鑄工藝的實施，推動了連鑄坯熱送熱裝工藝的發展。該工藝是把連鑄機生產處的熱鑄坯切割定尺后再高溫狀態下，直接送到軋鋼廠進行保溫或者直接進入加熱爐加熱后軋制的一種生產工藝。該工藝技術的應用已經成為衡量鋼鐵行業生產技術管理水平的重要指標，它推動了轉爐—爐外精煉—連鑄—軋機生產的一體化管理，使鋼的生產向連續化、低成本、高質量、高效益的方向發展[1]。

1 熱送熱裝生產工藝裝備及流程

某鋼廠現有3座100t頂底復吹轉爐，3座LF精煉爐，1座RH真空爐，2臺方坯連鑄機和2臺板坯連鑄機。全連鑄生產模式為連鑄坯的熱送熱裝提供了條件，現主要是在板坯連鑄機實施熱送熱裝，鑄機斷面為250mm×(1870/2070/2270)mm。工藝流程如圖1所示。

圖1 熱裝和直接軋制與傳統工藝流程比較

2 無缺陷鑄坯生產技術研究

在熱送熱裝工藝實施過程中，連鑄坯表面質量不穩定，含鈮鋼表面橫裂紋的產生，頭尾坯報廢量較多，且高強船板等微合金鋼熱送后軋制常出現批量熱送裂紋等因素，嚴重制約著熱送熱裝的順行，因此對存在的問題進行了一系列研究。

2.1 含鈮鋼表面橫裂紋控制技術

對高強船板等高附加值產品，為了保證其低溫沖擊韌性和焊接性能，采用了鈮微合金化的成分設計，見表1。但是，鈮與碳、氮易生產化合物，在連鑄過程中，含鈮微合金鋼鑄坯冷卻到奧氏體低溫區時，鑄坯中微細的鈮化合物沿奧氏體晶界析出，使鋼的延塑性變差，導致鑄坯表面易產生橫裂紋。

表1 鋼種A/C36－3化學成分

為了解決含鈮鋼易產生橫裂紋的技術難題，在Gleeble－3800熱模擬機上進行了熱模擬試驗。測定了高強船板(牌號:A/C36－3)的高溫塑性曲線，如圖2所示。

從圖2可以看出，含鈮鋼種A/C36－3在975℃以下斷面收縮率都低于60%，這溫度期間鑄坯比較脆，裂紋敏感性較強，矯直時易產生裂紋，因此矯直時應避開這一溫度區域。根據熱模擬試驗結果結合工業性生產試驗，優化了連鑄二冷工藝，將含鈮包晶鋼矯直溫度控制在950℃以上，使得此類鋼種表面質量有了很大的提高，大大降低了裂紋的產生[2]。

2.2 頭尾坯控制技術研究

由于開澆升速和澆尾坯降速時間長，導致頭尾坯較多，并時常伴有嚴重的橫裂紋，且發生率較高，因此對開澆和澆尾坯工藝進行了優化。開澆和澆尾坯工藝優化后，開澆時間由原來的14min～16min縮短至8min～10min，澆尾坯時間由原來的14min～16min縮短至7min～9min，頭尾坯切廢量明顯減少，特別是頭尾坯橫裂發生率顯著降低，頭坯降低了28%，尾坯降低了45%。

2.3 入爐溫度

對微合金鋼表面質量的影響微合金鋼鑄坯熱送裂紋是在鑄坯采用熱送熱裝工藝條件下所特有的缺陷。在同樣的熱送(入爐溫度600℃～700℃)狀態下，含微合金化元素(Nb、Ti、V)的鋼種表面裂紋發生率要遠遠高于不含微量元素的一般普通鋼種。可以看出，高強度船板熱送后裂紋發生率遠遠大于冷送裂紋發生率。在鋼板表面可觀察到裂紋沿振痕方向或呈網狀分布，遍布整個鋼板表面，裂紋深度為0.3mm～2.2mm不等，最大寬度為1.0mm。將熱裝前的鑄坯冷卻后，檢查表面未發現任何缺陷，將鑄坯冷裝軋制也未發現熱送裂紋。鋼在高溫出現裂紋與其較低的高溫塑性及所處的變性應力條件相關。由微合金鋼的高溫塑性可知，在600℃以上至凝固溫度范圍內，一般存在三種類型的低塑性溫度區間，分別是因晶界熔化引起的I型低塑性(1400℃～1500℃)，奧氏體晶界的夾雜物或析出物引起的II型低塑性(650℃～1150℃)，以及奧氏體晶界先共析鐵素體膜引起的III型低塑性(650℃～850℃)，而II型低塑性溫度區間又通常與III型低塑性溫度區間有所重疊，從而加劇塑性惡化。對于軋制過程的鑄坯表面，其溫度范圍遠離第I塑性區，裂紋產生的原因可能與第II和第III塑性區有關。在軋制變性應力作用下，沿奧氏體晶界的微細析出物作為應力集中源點，與晶界脫開形成微孔，在晶界滑移作用下，微孔連接、聚合長大而產生晶間裂紋，當存在一定厚度的先共析鐵素體膜時，應變會集中在軟的鐵素體內，導致晶間析出物之間接觸面的相互分離，產生微孔洞，進而產生晶間裂紋。因此，為了解決微合金鋼的熱送裂紋，對鑄坯入爐溫度提出嚴格規定，要求坯料入爐溫度控制在600℃以下，工藝優化后，高強船板的熱送裂紋發生率由19.23%降低至2.42%。

3 生產管理一體化

連鑄坯熱送熱裝工藝對各工序的時間要求非常嚴格，如果生產不當，就達不到熱送熱裝應有的效果。因此，需有一套合理鏈接煉鋼—連鑄—熱軋各工序的生產一體化組織系統，以實現工序時間上的銜接及生產批量的協調。

3.1 生產組織協調

生產部門每天對銷售部門和各生產單位上報的庫存、生產品種和數量進行統計、分析，根據現場實際情況，有計劃的安排當天生產。第一煉鋼廠和中厚板廠根據下達的計劃合理安排組織生產，保證連鑄坯熱送熱裝的連續穩定。檢測部門配合一鋼做好鋼種轉換、過渡的切割計劃，對化學成分超內控標準但可進行成分處置的及時進行流轉。紅坯檢驗人員及時與連鑄通報人員溝通，重點加強對頭尾坯、換水口、高溫鋼、拉速波動大、結晶器液面波動大、高Als×N爐次、含鈮微合金鋼等鑄坯的表面檢查。由于連鑄取樣后檢測部門對化學成分分析時間較長，每爐鋼澆注完后成分結果仍未公布，導致成分出格時無法及時復樣，影響坯料熱送熱裝的穩定順行，因此要求化驗人員對化學成分分析周期≤4min。

3.2 設備檢修協調

檢修部門加強設備的維護管理，保證上線設備的質量，同時設備管理部門對煉鐵—煉鋼—連鑄—軋鋼每月的檢修情況進行分析統計，有計劃的安排檢修，使煉鋼廠和軋鋼的檢修計劃同步，提高檢修同步率，保證鑄坯熱送熱裝的順行。

4 實施效果

自2019年7月開始第一煉鋼廠對板坯實行熱送熱裝以來，通過優化連鑄生產工藝、軋制加熱工藝、生產計劃安排、設備檢修計劃安排等，鑄坯熱送熱裝取得了明顯效果，具體指標見表。

表4 熱送熱裝攻關前后指標情況

從表4可以看出，熱送裝實施后，鑄坯熱送率和熱裝率得到明顯提高，分別提高了40.4%和54.1%，大大降低了厚板加熱爐的煤氣消耗，噸鋼煤氣消耗降低了24m3(折合成本12元)，且軋后鋼板非計劃率降低30.99%，攻關效果顯著[3]。

總之，1)通過優化連鑄二冷工藝，保證連鑄坯矯直溫度＞950℃，降低了含鈮鋼表面橫裂紋的發生率;通過優化開澆和澆尾坯工藝，將開澆時間由原來的14min～16min縮短至8min～10min，澆尾坯時間由原來的14min～16min縮短至7min～9min，頭尾坯切廢量明顯減少，頭坯橫裂發生率降低了28%，尾坯降低了45%;將微合金鋼的入爐溫度控制在600℃以內，高強船板熱送裂紋發生率由19.23%降低至2.42%。2)鑄坯熱送熱裝攻關后，熱送率由原來的45.2%提高到85.6%，提高了40.4%，熱裝率由原來的24.1%提高到78.2%，提高了54.1%，軋后鋼質非計劃由原來的2.1%降低至1.11%，降低了0.99%，噸鋼煤氣消耗減少了24m3，噸鋼節約成本12元，交貨期縮短了3天。