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板坯连铸机浇注工艺技术研究
作者:     信息来源:     发表时间:2014-04-04     文章时间:     卷:     期:     页码:
  
1 连铸机浇注关键工艺控制点
  板坯连铸机浇注关键工艺控制点主要有钢水温度、钢水质量、保护浇注、浸入式水口、保护渣、拉速控制、结晶器冷却参数、二冷系统等。钢水主要工艺流程:铁水预处理(KR脱硫技术)→120t顶底复吹氧气转炉(一键式智能自动炼钢技术、深脱硫/低磷冶炼技术)→底吹氩钢包→LF+RH精炼炉→板坯连铸机(全保护浇注技术、二级自动控制配水、动态轻压下、漏钢预报技术)→轧机。
2 板坯连铸浇注工艺技术研究
2.1 钢水温度控制
  合适的钢水温度,是连铸机顺利浇注、提高铸坯质量的必要条件之一,也是浇注的重要工艺要求。合适的钢水温度,有利于减轻钢包、水口耐材的侵蚀,有利于钢种气体及夹杂排出,提高铸坯质量。
  在控制钢水温度方面,采用恒温操作技术,与恒拉速、恒液面配合,促进拉速稳定,通过研究中间包钢水温度波动趋势,将一炉次钢水温度波动趋势分为升温阶段、温度稳定阶段和降温阶段,制定出不同阶段的调温措施,减轻温度的波动范围;针对钢包包龄长、凉包、喷补渣线包、新包等不同钢包情况,研究各种钢包不同的降温幅度,确定供钢温度。
  通过以上措施,实现了中包温度波动在10℃范围之内,提高了生产组织的稳定性和铸坯质量。
2.2 钢水质量
2.2.1 钢水中硫磷含量
  钢水中硫磷含量对铸坯质量影响较大,Q235、SS400钢种铸坯出现的表面裂纹和内部裂纹比例较大,裂纹程度较严重,通过研究分析,钢水硫磷含量高是导致裂纹的重要因素之一。Q235、SS400钢种成分碳含量较低,钢中夹杂物多,硫含量偏高及锰硫比偏低,形成低熔点FeS,引起晶间脆性,成为裂纹扩展的路径。磷是裂纹敏感性元素,磷含量的增加将显著增加磷在枝晶间的富集,枝晶间的偏析增加,诱发裂纹的产生。
统计发现,当硫、磷> 0.030% 时,铸坯裂纹出现机率明显增加;而当硫、磷< 0.020%时,裂纹出现的机率明显减少。
  为了降低硫磷含量,加强原料管理,提高脱硫扒渣效果,降低入炉硫含量,从源头上杜绝硫高铁水进入转炉;优化转炉操作,采取防止回磷措施;通过精炼工序,加强脱氧、脱硫、保证软吹等措施,通过以上措施,降低了钢水硫磷含量,将钢水中硫磷含量控制在0.020%以下,提高Mn/S比25以上。
2.2.2 减少钢中夹杂物
  钢中夹杂物对钢水质量和钢的性能有较大的危害,造成铸坯夹杂、裂纹等内部和表面质量问题,破坏钢的致密性和连续性。
控制夹杂物的措施:优化转炉冶炼工艺,提高冶炼终点一次命中率,研究一键式智能自动炼钢技术,优化冶炼工艺,采用滑动出钢口,控制下渣量。精炼采用钙处理工艺,减少夹杂物,改善钢水流动性。连铸强化中间包浇注工艺,在中间包加挡墙和档坝,消除了中间包底部区域的死区,改善钢水流动的轨迹,缩短夹杂物上浮距离,利于渣子吸收;延长了钢水在中间包的停留时间,使钢中夹杂物充分上浮;使用高碱度覆盖剂,充分吸收夹杂物。实行恒液面浇注,减轻液面波动,避免低液面浇注,减轻夹杂物卷入。
2.3 保护浇注
  保护浇注是连铸机浇注过程中防止钢水二次氧化的关键工艺技术,保护浇注的效果对铸坯质量和连铸机生产都有重要的影响,如果没有良好的保护浇注措施,钢水就不可避免地与空气接触,造成二次氧化,降低了钢中溶解铝的含量,增加了氮气和氧气的含量,恶化了钢水的纯净度,无法满足高质量钢的要求。
  保护浇注的主要环节可分为:钢包到中间包钢水注流保护、第一炉中间包开浇初期钢水保护、中间包钢液面保护、中间包到结晶器注流保护。钢包到中间包钢水注流保护采用了带吹氩沟槽的铝碳质钢包长水口,使钢包长水口与钢包下水口呈啮合连接,中间采用纤维水口密封圈密封,吹入氩气,防止空气的进入。
  第一炉中间包开浇初期钢水的保护,主要采用开浇前向中间包内吹入一定量的氩气,氩气在中间包内扩散后,将中间包内空气排出,包内形成氩气氛围,阻止了空气与钢水接触,减轻了钢水二次氧化,有效避免了开浇初期套眼、坯头皮下气泡等问题。
  中间包液面的保护主要采用中间包密封、中包覆盖剂、黑渣操作等方式。中间包密封采用耐火纤维和耐火泥将中间包包盖四周密封起来,减少空气的进入。在浇注过程中,使用高碱度覆盖剂覆盖在钢水液面上,覆盖剂熔化后形成一层液渣,隔绝空气、隔热保温。
中间包注流保护浇注方面,采用浸入式水口浇注,在中间包上水口与浸入式水口之间通入氩气保护,防止空气吸入钢流。
2.4 浸入式水口设计和使用
  浸入式水口的作用关键是实现保护浇注,提高铸坯质量,其相关技术参数的选择,直接关系到铸机能否稳定生产。
2.4.1 水口尺寸和形状
  必须选择合适的水口尺寸和形状,才能保证整个流场的稳定、活跃,促进液渣均匀熔化、均匀流入,保证铸坯得到良好的润滑和传热。通过多种规格水口实验研究,并借助水模试验,确定了55mm×70mm、60mm×80mm侧孔尺寸,该尺寸水口能够保证钢流合适的流速和稳定的注流流动状态,同时,活跃了侧弧液面,保证保护渣良好熔化,避免了侧弧液面翻钢、结钢壳现象。
在整个结晶器液面不同的部位中,水口与铜壁之间狭窄区域,是造成板坯连铸粘结漏钢的最危险区域,该处钢水流动性差,温度相对偏低,液渣量少,造成粘结的可能性较大。因此,为了活跃该处液面,将水口扁平形状改为圆形,一是增加了该处钢水的流动性,二是增加了保护渣与钢水接触面积,增加了液渣量,提高了坯壳润滑效果。
2.4.2 插入深度
  浸入式水口插入深度,直接控制结晶器钢液热流分布状态和液渣的稳定熔化状况,插入深度过浅,液面波动大,破坏了保护渣稳定的三层结构,影响了保护渣均匀熔化,容易造成卷渣现象;水口插入深度过深,钢液注流冲击深度较深,高温钢水能快速上浮到结晶器液面,液面不活跃,不能给保护渣熔化带来足够的热量和熔化动能,造成保护渣熔化不良,液渣变少,影响坯壳润滑和传热,同时,还易造成液面结壳,导致粘结甚至漏钢事故。通过不同水口插入深度实验,确定了100mm~140mm、120mm~160mm插入深度控制范围,此插入深度,保证了合理的结晶器钢液热流分布,保证了液面的稳定性,促进了保护渣均匀熔化。
2.4.3 水口换渣线研究
  为了提高浸入式水口使用寿命,采用了人工升降中间包调整插入深度,实现换渣线操作,提高水口使用寿命。此方法存在危害,在升降中间包时,由于中间包机构振动,结晶器流场发生很大的波动,严重的影响了保护渣的熔化和润滑。为了解决此问题,采用了自动微调上升液面实现换渣线操作,并确定了分阶段液面上升参数,实现缓慢、稳定换渣线操作。
2.5 保护渣操作
  板坯连铸机结晶器液面控制和保护渣操作是浇注的关键操作工艺。合理加渣,提高保护渣三层结构稳定性,减少对液面的搅动,提高铸坯质量,减少粘结等事故。
  一是保护渣加入要勤加、少加、匀加,控制合适的保护渣厚度,使保护渣具有良好的保温和液渣熔化均匀的效果。
  二是大渣条必须及时挑出、小渣条不必挑,轻拨慢挑,挑大渣条时,用挑渣棒轻轻将渣条拨离铜板,然后再挑出,或直接向上拨渣条,严禁向下按压渣条,防止渣条堵塞液渣流入通道,挑渣棒不要插入液渣和钢液内,避免破坏保护渣均匀熔化。
  三是禁止搅动渣面,保持保护渣渣层结构稳定性;
  四是控制合适的塞棒氩气流量,活跃流场;
  五是控制好浸入式水口插入深度,使结晶器内热流分布均匀,为保护渣均匀熔化创造良好的条件;
  六是采取换渣操作,及时换掉粘稠的液渣。
2.6 拉速控制
  铸坯稳定、合适的拉速,能促进结晶器液面的稳定,坯壳厚度均匀,防止卷渣,使铸坯均匀冷却,获得良好的铸坯质量。
为了获得稳定的拉速,采取了以下措施:实行恒拉速操作,分钢种制定恒拉速值,在生产过程中,以恒拉速值为标准组织生产,促进了生产节奏、中间包液面和浇注温度的稳定性。
2.7 优化结晶器冷却工艺参数
  结晶器冷却参数主要包括:冷水流量、水缝面积、进水温度和水流速等。结晶器冷却参数对坯壳的传热有直接影响,冷却参数设计不合适,会造成铸坯裂纹、漏钢等问题。冷却强度过强,造成坯壳收缩量大,导致坯壳产生裂纹;冷却强度过弱,坯壳厚度较薄,出结晶器后易出现鼓肚现象,甚至导致漏钢事故。通过优化铜板水缝、控制水流速、提高进水温度等措施,使初生坯壳均匀稳定的生长,减少了铸坯表面裂纹和鼓肚现象。
2.8 二冷系统改造
  板坯投产初期,二冷喷淋系统存在以下问题:
  一是喷嘴喷雾横向覆盖范围过宽,覆盖了铸坯边部,造成角部冷却过强,产生铸坯角部横裂纹;
  二是喷嘴布置位置偏离中心线过多,铸坯冷却不均匀;
  三是喷嘴喷射高度偏高,喷雾打击力弱,雾化效果差。
  由于存在以上问题,铸坯得不到合理的冷却,出现了中心线裂纹、三角区裂纹和角部横裂等质量问题。通过分析研究,对各区喷嘴喷淋角度、喷雾覆盖面、喷嘴距铸坯表面的距离进行测量,对喷嘴型号、喷淋架和喷嘴布置方式进行改造,解决了以上存在的问题,有效地控制了铸坯中心线裂纹、三角区裂纹和角部横裂问题。
3 结束语
  过对钢水温度、钢水质量、保护浇注、浸入式水口、保护渣、拉速控制、结晶器冷却参数、二冷系统等板坯连铸机关键浇注工艺技术各方面的研究、优化、改进,提高了板坯连铸机的生产控制水平,铸坯质量不断提高,生产组织稳定顺行。    
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