亞包晶鋼板坯高拉速生產(chǎn)實(shí)踐

　　摘 要：為解決亞包晶鋼澆鑄的爐機(jī)周期匹配問(wèn)題、提 高 生 產(chǎn) 效 率，對(duì)亞包晶鋼結(jié)晶器冷卻、振 動(dòng) 模 式及結(jié)晶器保護(hù)渣等進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化后，結(jié)晶器冷卻水流速由7.27m/s提高至8.45m/s，結(jié)晶器振動(dòng)模式的負(fù)滑脫時(shí)間由0.112～0.128s穩(wěn)定控制 在0.151s，結(jié)晶器保護(hù)渣堿度由1.28提 高 至1.29，1300 ℃黏度由0.13Pa·s下調(diào)至0.12Pa·s。實(shí)現(xiàn)了亞包晶鋼高拉速的穩(wěn)定生產(chǎn)，最高工作拉速為1.6m/min;鑄坯表面縱裂紋發(fā)生率小于0.3 %，中心偏析質(zhì)量穩(wěn)定。

　　劉啟龍; 曹成虎; 鄧勇; 鄭晴; 張敏; 羅霄， 煉鋼 發(fā)表時(shí)間：2021-07-26

　　關(guān)鍵詞：亞包晶鋼;高拉速;鑄坯質(zhì)量

　　隨著汽車(chē)輕量化的快速推進(jìn)，越來(lái)越多的高強(qiáng)鋼得到廣泛的應(yīng)用，終端客戶對(duì)高強(qiáng)鋼的質(zhì)量與成品規(guī)格要求日益多樣化與個(gè)性化，現(xiàn)有的高強(qiáng)鋼成分體系普遍采用碳處于包晶區(qū)范圍與鈮、釩、鈦等微合金化組合方式[1]，尤其是成品寬度不大于1400mm的需求量急劇上升，板坯亞包晶鋼小斷面鑄坯需求量的急劇增加，導(dǎo)致煉鋼與連鑄生產(chǎn)節(jié)奏的不平衡，制約了高效生產(chǎn)，其核心問(wèn)題表現(xiàn)在板坯亞包晶鋼拉速偏低環(huán)節(jié)。趙紫峰[2]等針對(duì)230mm×1200mm斷面亞包晶鋼在某廠板坯鑄機(jī)上進(jìn) 行 了1.5m/min拉 速 的工 業(yè) 試 驗(yàn)，結(jié)果表 明：拉 速 由1.3m/min提 高 至1.5m/min，平均熱流增加約0.1MW/m2，寬面彎月面區(qū)域局部熱流增加約0.13MW/m2，結(jié)晶器窄/寬面平均熱流比超過(guò)0.9，寬面坯殼厚度平均減少4mm;因存在諸多風(fēng)險(xiǎn)，板 坯 亞 包 晶 鋼1.5m/min工 作 拉速?zèng)]有得到工業(yè)推廣應(yīng)用。本文重點(diǎn)對(duì)亞包晶鋼板坯高拉速技術(shù)進(jìn)行了研究與工業(yè)實(shí)踐，高拉速(不低于1.5m/min)成功應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)，最高工作拉速達(dá)到1.6m/min，取得了顯著的成效。

　　1 亞包晶鋼板坯工作拉速現(xiàn)狀

　　該廠生產(chǎn)亞包晶鋼的工藝流程為：鐵 水 預(yù) 處理(KR)→300t頂 底 復(fù)吹 轉(zhuǎn) 爐 → 吹 氬 站 →LF→ 230mm×(950～2150)mm 板坯 連鑄 機(jī)，板 坯 連鑄機(jī)為直弧型，主半徑為9.59m，配 置 FC-Mould電磁裝置;共有19個(gè)扇形段，其中1與2段為機(jī)械固定式，3～19段為帶位置傳感器油缸浮動(dòng)式，可以依據(jù)位 置 傳 感 器 設(shè) 定 值 進(jìn) 行 壓 下 與 抬 起，1段為垂直段，2段為彎曲段，9段為矯直段，10～19段為水平 段，冶 金 長(zhǎng) 度 為42.6m;典型亞包晶鋼 的化學(xué)成分如表1所示。

　　在 正 常 生 產(chǎn) 過(guò) 程 中， 工 作 拉 速 為1.25m/min;生產(chǎn)230mm×1300mm斷面時(shí)，澆鑄周期 為53.2min，與鋼水供應(yīng)周期40min相 比嚴(yán)重不匹配，限制了生產(chǎn)效率的提升，為解決爐機(jī)周期不匹配問(wèn)題，提高生產(chǎn)效率，進(jìn)行了亞包晶鋼高拉速實(shí)驗(yàn)，目標(biāo)工作拉速1.6m/min;試驗(yàn)鋼種成 分 如 表 1 所 示，澆 鑄 斷 面 為 230 mm × 1300mm。

　　2 亞包晶鋼板坯高拉速技術(shù)優(yōu)化

　　2.1 結(jié)晶器冷卻制度優(yōu)化

　　在結(jié)晶器內(nèi)，鋼液和凝固坯殼的絕大部分熱量是通過(guò)垂直于拉坯方向傳遞的，主要由3部分構(gòu)成：鑄坯液芯與坯殼間的傳熱、坯殼與結(jié)晶器壁間的傳熱、結(jié)晶器壁與冷卻水之間的傳熱。結(jié)晶器內(nèi)的傳熱過(guò)程較為復(fù)雜，與坯殼和結(jié)晶器之間的傳熱系數(shù)、拉速、保護(hù)渣特性、鋼的高溫強(qiáng)度、結(jié)晶器錐度、長(zhǎng)度和凝固坯殼的表面溫度等多種因素有關(guān)，一般采用結(jié)晶器熱流密度q 來(lái)衡量結(jié)晶器的熱工作狀態(tài)，它對(duì)亞包晶鋼鑄坯表面裂紋的發(fā)生有著重要的影響。

　　板坯結(jié)晶器熱流密度q 可以定義為：q=ωcΔT/S (1)式中：ω 為 冷 卻 水 流 量，m3/s;c 為 水 比 熱 容，J/(kg·℃);ΔT 為進(jìn)出水溫差，℃;S 為結(jié)晶器有效傳熱面積，m2。

　　對(duì)不同拉速下亞包晶鋼結(jié)晶器寬面平均熱流密度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)圖1所示。可以看出，拉速與結(jié)晶器平均熱流之間呈線性關(guān)系，平均熱流密度隨著拉速的增加而增加，拉速為1.30m/min時(shí)熱流密 度 為 1.17 ～ 1.56 MW/m2， 平 均 為1.37MW/m2，拉速增加至1.40m/min時(shí)平均熱流密 度 為1.48 MW/m2，拉 速增加 到1.50m/min時(shí)平 均 熱 流 密 度 為1.55 MW/m2，拉 速 增 加 到1.60m/min時(shí)平均熱流密度為1.58MW/m2。

　　在一定的過(guò)熱度條件下，熱流密度的增加，結(jié)晶器內(nèi)鋼液凝固推遲，凝固坯殼減薄或坯殼表面溫度升高[3]，在應(yīng)力不變的情況下，坯殼表面溫度向第I脆性溫度區(qū)(熔點(diǎn) Tm ～1300 ℃)移動(dòng)，鑄坯的表面縱裂紋傾向增加，惡化鑄坯的表面質(zhì)量;甚至還會(huì)造成結(jié)晶器膜態(tài)沸騰，影 響 生 產(chǎn) 安 全，Kanazawa等通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)結(jié)晶器熱流密度高于1.70MW/m2時(shí)，亞 包晶鋼 鑄 坯 表 面 縱 裂 紋 發(fā)生幾率將大幅提高[4]。

　　隨著亞包晶鋼拉速的提升，考慮到其增加的傳熱量，將結(jié)晶器水流速?gòu)漠?dāng)前的7.27m/s增 加 到8.45m/s，即 窄 面 冷 卻 水 由430L/min提 升 至500L/min。調(diào)整結(jié)晶器冷卻強(qiáng)度后，當(dāng)拉速提升至1.50m/min 以 上 時(shí)，熱 流 密 度 在 1.45 ～1.50MW/m2，拉速提升過(guò)程中熱流密度更為平穩(wěn)，更有利于生產(chǎn)安全和產(chǎn)品質(zhì)量的控制，見(jiàn)圖2所示。

　　2.2 結(jié)晶器振動(dòng)模式優(yōu)化

　　優(yōu)化前的結(jié)晶器振動(dòng)參數(shù)見(jiàn)圖3所 示，可 以看出，優(yōu)化前所使用的振動(dòng)參數(shù)，振動(dòng)幅度一定，振動(dòng)頻率與拉速呈正比，隨著拉速的增加，負(fù)滑脫時(shí)間逐漸降低，增加了粘結(jié)漏鋼的風(fēng)險(xiǎn)[5];因此考慮到改善鑄坯表面質(zhì)量和降低粘結(jié)漏鋼的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)現(xiàn)有振動(dòng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，采用振動(dòng)頻率隨拉速呈反向變化，即振動(dòng)頻率隨拉速提高而降低，振幅隨拉速提高而增加，從而使正滑脫時(shí)間增加，增加保護(hù)渣消耗量，改善潤(rùn)滑，防止粘結(jié)漏鋼，而同時(shí)保持負(fù)滑脫時(shí)間穩(wěn)定不變，使振痕深度變淺，改善鑄坯表面質(zhì)量。

　　表2為優(yōu)化前后結(jié)晶器振動(dòng)參數(shù)的對(duì)比。可以看 出，優(yōu) 化 后 亞 包 晶 鋼 拉 速 提 升 至1.40～1.60m/min，負(fù) 滑 脫時(shí) 間 基 本 控 制 在0.151s，負(fù)滑脫率控制在36 %左右，與優(yōu)化前相 比，負(fù) 滑 脫時(shí)間 分 別 增 加17.97 %、25.83 %、34 .82 %，降低了粘結(jié)漏鋼的風(fēng)險(xiǎn)，提高了生產(chǎn)的安全性。優(yōu)化后的振動(dòng)參數(shù)見(jiàn)圖4所示。

　　2.3 結(jié)晶器保護(hù)渣性能優(yōu)化

　　亞包晶鋼拉速提升后，噸鋼消耗的保 護(hù) 渣 量降低，凝固坯殼與結(jié)晶器銅板之間的液渣流入不足，增加拉速阻力，易發(fā)生粘結(jié) 報(bào) 警[6]，因 此在高拉速條件下，保護(hù)渣應(yīng)具備較好的傳熱性能，適當(dāng)提高堿度，減輕縱裂紋風(fēng)險(xiǎn);同時(shí)還應(yīng)具備較好的潤(rùn)滑性能，適當(dāng)降低黏度，基于此開(kāi)展保護(hù)渣物性參數(shù)優(yōu)化，見(jiàn)表3所示。

　　由表3可以看出，優(yōu)化后的高拉速保護(hù)渣1，適當(dāng)增加了保護(hù)渣堿度，提高保護(hù)渣傳熱能力，防止拉速提升后出現(xiàn)縱裂紋等問(wèn)題，同時(shí)考慮到拉速提升后保護(hù)渣消耗量降低的問(wèn)題，適當(dāng)降低保護(hù)渣黏度，增加保護(hù)渣的流入量，經(jīng)過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，高拉 速 保 護(hù) 渣 1 使用過(guò)程中保護(hù)渣消耗量約0.50kg/t，液渣 層厚 度10～12mm，未 發(fā) 現(xiàn)縱 裂紋等質(zhì)量問(wèn)題。

　　考慮到鑄坯表面振痕對(duì)角部質(zhì)量的 影 響，將拉速提升到1.50m/min以上時(shí)，進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整保護(hù)渣物性參數(shù)，優(yōu)化后的高拉速保護(hù)渣2，略降低了保護(hù)渣的堿度，提升了保護(hù)渣的黏度，既能一定程度上控制保護(hù)渣傳熱，防止縱裂紋的出現(xiàn)，也能通過(guò)提升黏度減少保護(hù)渣的流入量，使得振痕變淺，一定程度上改善了鑄坯的角部質(zhì)量，通過(guò)實(shí)踐，高 拉 速 保 護(hù) 渣2渣 耗 量 在0.45～0.50kg/t，液渣層厚度8～12mm，未發(fā) 現(xiàn)縱 裂 紋 等 表 面 質(zhì)量問(wèn)題。

　　通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐，在滿足實(shí)際生產(chǎn)需求的保護(hù)渣傳熱、潤(rùn)滑等需求基礎(chǔ)上，對(duì)保護(hù)渣物性參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，目前將高拉速保護(hù)渣2應(yīng)用于拉速提升至1.40m/min以上，將常規(guī)保護(hù)渣應(yīng)用于拉速小于等于1.40m/min時(shí)。

　　3 亞包晶鋼高拉速對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響

　　3.1 對(duì)鑄坯中心偏析質(zhì)量的影響

　　對(duì)不同拉速下典型亞包晶鋼中心偏析質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表4所示。不同拉速下鑄坯的宏觀低倍照片見(jiàn)圖5、圖6所示。

　　由 表 4 和圖 5、圖 6 看出，在拉速小于等于1.3m/min下，典型 鋼種1與 典 型 鋼 種2鑄 坯 的中 心 偏 析 集 中 在 B0.5～ B1.0;在 拉 速 大 于1.4m/min拉速下，典型 鋼 種1與 典 型 鋼 種2鑄坯的中心偏析集中在B0.5～B1.0;隨著拉速的增加，并未惡化鑄坯的中心偏析質(zhì)量。

　　3.2 對(duì)鑄坯表面縱裂紋發(fā)生率的影響

　　經(jīng)統(tǒng)計(jì)，不同拉速下鑄坯表面縱裂紋發(fā)生率(裂紋長(zhǎng)度大于4mm)如表5所示，針對(duì)典型鋼種1，通過(guò)檢查1089塊鑄坯，其表面縱裂紋平均發(fā)生率為0.16 %;針對(duì)典型鋼種2，通過(guò)檢查736塊鑄坯，其表面縱 裂 紋 平 均 發(fā) 生 率 為0.18 %;表 明 經(jīng)連鑄工 藝 優(yōu) 化 后，1.5～1.6m/min拉 速 條件 下，微合金亞 包 晶 鋼 鑄 坯 表 面 縱 裂 紋 發(fā) 生 率 控 制 較好，都小于0.30 %。

　　結(jié) 論

　　1)從亞包晶鋼結(jié)晶器冷卻、振動(dòng)模式及結(jié)晶器保護(hù)渣等方面對(duì)亞包晶鋼板坯工藝技術(shù)優(yōu)化，結(jié)晶器冷卻水流速由7.27m/s提高至8.45m/s，結(jié)晶器振動(dòng)模式的負(fù)滑脫時(shí)間由0.112～0.128s穩(wěn)定控制在0.151s，結(jié) 晶 器 保 護(hù) 渣 堿 度 由1.28提 高 至1.29，1300℃黏度由0.13Pa·s下調(diào)至0.12Pa·s。

　　2)實(shí)現(xiàn)了亞包晶鋼高拉速的穩(wěn)定生產(chǎn)，最高工作拉速達(dá)1.6m/min，解決了爐機(jī)周期匹配問(wèn)題。

　　3)亞包晶鋼高拉速生產(chǎn)工況下，鑄坯表面縱裂紋發(fā)生率小于0.3 %，中心偏析質(zhì)量穩(wěn)定。