中高碳鋼圓坯連鑄中間包快換工藝實(shí)踐

張 誠(chéng)，汪國(guó)才，陶承崗，李 浩(馬鞍山鋼鐵股份有限公司 特鋼分公司 安徽馬鞍山 000)

隨著馬鋼特鋼公司對(duì)生產(chǎn)效率的要求日益提高，對(duì)于連鑄工序而言，連鑄中間包使用壽命直接影響連鑄機(jī)作業(yè)率，因此提高中間包的使用壽命具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。雖然且前已采用了多種延長(zhǎng)中間包使用壽命的方法，但是仍然達(dá)不到長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)澆注的效果。特別是近幾年不斷豐富的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，如中碳鋼(風(fēng)電用鋼42CRMO)和高碳鋼(軸承鋼GCR15)之間的連續(xù)交替生產(chǎn)，對(duì)中包快換技術(shù)提出了更高的要求。本文針對(duì)馬鋼特鋼圓坯(?380 mm和450 mm斷面)快換問(wèn)題，研究了提高快換成功率的關(guān)鍵要點(diǎn)，并對(duì)中高碳之間快換的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析。

1 連鑄機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

特鋼圓坯連鑄機(jī)主要設(shè)備及工藝參數(shù)情況見表1。

表1 連鑄機(jī)主要設(shè)備及工藝參數(shù)

2 中間包快換的成功條件

2.1 快換鋼水上臺(tái)溫度

中間包快換的鋼水上臺(tái)溫度直接影響快換是否成功，上臺(tái)鋼水溫度偏高，進(jìn)入結(jié)晶器后，能有效的和結(jié)晶器內(nèi)的原鋼水融合，在接縫處形成新的互融性坯殼。同時(shí)鋼水的溫度偏高，鋼水的流動(dòng)性較好，進(jìn)入結(jié)晶器后，能迅速鋪滿接縫位置，快換過(guò)程示意圖如圖1所示，但是鋼水溫度偏高，對(duì)生產(chǎn)組織和生產(chǎn)安全都提出了更高的要求，同時(shí)不利于鑄坯中心偏析和中心疏松的優(yōu)化。上臺(tái)鋼水溫度較低時(shí)，因?yàn)楹婵窘Y(jié)束后的中包溫度遠(yuǎn)低于鋼水溫度，在上臺(tái)鋼水溫度低的情況下，開澆后中包內(nèi)鋼水的溫度會(huì)很快降低，增加了水口結(jié)瘤蓄死的風(fēng)險(xiǎn)，也不利于新鋼水與結(jié)晶器內(nèi)的原鋼水的相互融合。綜合考慮，對(duì)快換上臺(tái)的第一爐鋼水要求比連澆的鋼水高10℃，以42CRMO為例，單開鋼水上臺(tái)目標(biāo)溫度1531 ℃，快換上臺(tái)目標(biāo)溫度1541 ℃。通過(guò)對(duì)鋼水溫度控制工藝的優(yōu)化，使快換開澆成功率提高了2.2%。此外考慮鋼包的蓄熱能力，避免鋼水從RH出站到連鑄開澆過(guò)程溫降過(guò)大，同時(shí)也要求快換第一爐鋼包為正常運(yùn)轉(zhuǎn)的包況較好的鋼包，嚴(yán)禁使用大修罐。

圖1 快換過(guò)程示意圖

2.2 中間包及浸入式水口的烘烤

中間包的烘烤效果也是快換的關(guān)鍵因素，溫度過(guò)高或過(guò)低均有不利影響。中間包烘烤溫度過(guò)高，增加了耐材脫落的風(fēng)險(xiǎn)，加大了生產(chǎn)安全的隱患，也降低了同一個(gè)中包的使用壽命，同時(shí)存在耐材掉落堵住水口的風(fēng)險(xiǎn)。中包烘烤溫度過(guò)低，將大大增加快換水口結(jié)瘤和發(fā)生墊鋼以及塞棒失控的可能性[1]。因此需要嚴(yán)格制定中包烘烤制。馬鋼特鋼中包采用的是涂抹式修砌，烘烤采用焦?fàn)t煤氣，烘烤過(guò)程前期要求小火烘烤1小時(shí)，保證中包內(nèi)的游離水蒸發(fā)干凈，隨后轉(zhuǎn)為中火烘烤，中火烘烤是中包升溫的關(guān)鍵階段，烘烤時(shí)間為1.5小時(shí)，中火結(jié)束后繼續(xù)2小時(shí)的大火烘烤，同時(shí)開始水口部位的烘烤，水口烘烤過(guò)程需要用布狀石棉將浸入式水口和負(fù)壓式抽風(fēng)爐的接觸處包裹好，確保烘烤過(guò)程受熱均勻，防止烘烤過(guò)程中水口因升溫不均而導(dǎo)致的炸裂。最終根據(jù)中包和水口耐材理化特性，以及生產(chǎn)歷史數(shù)據(jù)，確定了中包快換前應(yīng)保證中包內(nèi)溫度在1000 ℃-1200 ℃，水口的溫度達(dá)到700 ℃-750 ℃，其中中包烘烤溫度曲線如圖2所示。

圖2 中包烘烤溫度曲線

2.3 快換工具的準(zhǔn)備及使用

快換過(guò)程中使用的主要工具為快換連接件，根據(jù)馬鋼特鋼圓坯的生產(chǎn)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了適應(yīng)圓坯快換的相應(yīng)連接件，連接件示意圖如圖3所示，連接件的主體采用8根鋼柱支撐，在快換的過(guò)程中能起到更好的拉筋作用，連接好快換前后鋼種，鋼柱和橫向圓環(huán)焊接，提高連接件冷鋼質(zhì)量，保證了對(duì)快換鋼水有足夠的冷卻作用，有利于結(jié)晶器內(nèi)快換鋼水新的坯殼的形成。同時(shí)鋼柱之間留有足夠的縫隙保證了鋼水的流動(dòng)性，保證了新進(jìn)鋼水迅速鋪滿結(jié)晶器的通道。連接件的重量也是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，連接件過(guò)重，特別是連接件底部的鋼圈越重，使得鋼水冷卻速度越快，鋼水的流動(dòng)性越低，不利于鋼水鋪滿接縫處，形成空洞和分層，連接效果不良。連接件過(guò)輕，冷卻效果不足，形成的坯殼過(guò)薄，不足以支撐鋼水的靜壓力，造成新生坯殼破裂而漏鋼[2]。此外考慮到快換過(guò)程中避免水分的存在，連接件在使用前應(yīng)小火烘烤，保證干燥，防止使用的過(guò)程中發(fā)生放炮，增加安全隱患。

圖3 快換連接件示意圖

2.4 中間包快換操作

中間包快換操作是決定快換成功的核心，首先是快換總時(shí)間的控制，從上一個(gè)中包停澆到下一個(gè)中包開澆時(shí)間需控制在10分鐘之內(nèi)，如圖4所例，快換總時(shí)間為9min27s，時(shí)間越長(zhǎng)結(jié)晶器內(nèi)的鋼水凝固的可能性越大，與新進(jìn)鋼水的融合越差，不利于新生坯殼的形成。

圖4 快換總時(shí)間示意圖

具體的中間包快換操作及要點(diǎn)為：1)在快換前中包降到14噸時(shí)，關(guān)閉中包塞棒控流，結(jié)晶器液面降至130 mm拉速自動(dòng)降低，液面到110 mm，鑄坯拉素回零；2)放入連接件后，手動(dòng)將連接件開至70 mm的位置，連接件保證放在結(jié)晶器中心位置，放在開澆時(shí)連接件的上部頂?shù)街邪冢瑫r(shí)也防止連接件刮到結(jié)晶器銅管，降低銅管的使用壽命；3)快換中間到達(dá)澆注位后，中包噸位在15噸時(shí)開澆，開澆噸位可根據(jù)鋼水的過(guò)熱度做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整；4)快換過(guò)程均采用手動(dòng)開澆模式，快換在鋼水180 mm時(shí)起步，第一棒鋼流的大小決定了鑄坯的起步時(shí)間，第一棒鋼流鋼流過(guò)大，鑄坯起步時(shí)間太短，鋼水不能有效冷卻，鋼水的熱容量過(guò)大，形成的坯殼過(guò)薄，且易造成鋼水回溫；5)控流過(guò)小，特別是鋼流在接縫位置中斷，鋼水過(guò)分冷卻、鋼水流動(dòng)性過(guò)低，導(dǎo)致接縫處形成分層和孔洞。控流過(guò)大或過(guò)小均易引發(fā)漏鋼事故；6)起步時(shí)間控制在40 s左右，如圖5所示。

圖5 快換起步時(shí)間

開澆后第一棒應(yīng)保證鋼水均勻快速的漫過(guò)接縫位置，起步后拉速隨時(shí)間自動(dòng)變化，設(shè)置合理的起步拉速保證了接縫安全出結(jié)晶器。

2.5 中碳鋼快換高碳鋼的關(guān)鍵技術(shù)

隨著馬鋼特鋼產(chǎn)能進(jìn)一步的釋放，生產(chǎn)訂單的種類越來(lái)越豐富。為了滿足生產(chǎn)，中高碳鋼之間的快換已是生產(chǎn)常態(tài)，特別是GCR15鋼種的快換，該鋼種C含量要求0.97%，液相線溫度1454 ℃，相比較常見的高碳鋼如42CRMO鋼種，C含量要求0.42%，液相線溫度1492 ℃。兩者C含量相差0.55%，液相線溫度相差38 ℃。中碳鋼液相線溫度低，在結(jié)晶器內(nèi)凝固速度快，目前生產(chǎn)只采用中碳鋼快換高碳鋼技術(shù)，但同樣也面臨著中碳鋼液相線溫度低，接縫處相體形成不好，易出現(xiàn)漏鋼的問(wèn)題。為了緩解結(jié)晶器內(nèi)鋼水的凝固，所采取的工藝措施是，中碳鋼快換時(shí)的溫度比一般快換溫度高5 ℃，減少中包連接件的重量至一般連接件的70%。快換時(shí)間縮短2-3(min),保證快換過(guò)程有序高效，同時(shí)結(jié)晶器內(nèi)保護(hù)渣清理干凈。

3 總結(jié)

馬鋼特鋼實(shí)現(xiàn)了圓坯中包快換技術(shù)，提高了鑄機(jī)作業(yè)率的同時(shí)，也大大降低了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮減了開澆送引錠、塞引錠、開澆盤圓的制造等一列單開準(zhǔn)備工作，同時(shí)也降低了原材料的消耗，節(jié)省了開澆使用的鐵粒子、冷卻框、盤圓等。特別是實(shí)現(xiàn)中碳鋼快換高碳鋼技術(shù)，不僅是生產(chǎn)組織上的重要突破，為生產(chǎn)組織提供了更大的靈活性，也為工藝創(chuàng)新提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為馬鋼特鋼連鑄技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。