提升连铸工艺 改进铸坯质量

提升连铸工艺改进铸坯质量

夏华  孙青

（河北钢铁集团宣钢公司一钢轧厂，河北宣化 075100）

1 前言

宣钢一钢轧厂共有110吨转炉两座、120吨转炉一座，三台连铸机。三台连铸机生产的断面有150*150、165*165、165*225，200*285，其中150*150、165*165主要轧制螺纹和圆钢；165*225主要轧制带钢，165*165、200*285断面供型材主要轧制角钢；但是由于连铸工序的异常情况，常常会使铸坯产生切割断面切斜，划伤；结疤和弯曲，致使连铸消耗增加，一旦进入轧钢工序就会造成钢材轧废，甚至造成堆钢，加大地影响了炼钢成本的完成。2016年11月以前，一钢轧厂的铸坯剔废量一直较大，1至11月累计剔废量为16640吨，占铸坯产量比例达0.64%，居高的缺陷坯比例增加了一钢轧厂各种物料消耗，降低了一钢轧厂有效产量，对一钢轧厂成本和效益造成极大影响。因此系统工艺优化，提高铸坯质量，减少缺陷坯量已刻不容缓。

2 造成铸坯缺陷的原因

2.1铸坯结疤缺陷产生的主要原因

铸坯结疤陷形状各异，形成原因复杂，可以认为表面缺陷绝大部分是在结晶器凝固过程形成的。它与凝固过程坯壳的形成、液面的波动、浸入式水口的对中和插入深度、保护渣性能及操作是否得当有关。轻微结疤缺陷对钢材质量基本无影响，严重的则会造成钢材废品增加，其形成主要原因有：

（1）结晶器振动故障造成结晶器钢水液面不稳定。

（2）塞棒和启闭器故障造成结晶器内钢水液面波动大。

（3）拉矫机故障造成铸坯行走不稳，引起结晶器内钢水液面波动大。

（4）浸入式水口插入深度不规范，太深或太浅，水口不对中。

（5）钢水温度低。

（6）钢水流动性差。

（7）保护渣不规范使用，习惯性用捞渣棒搅动钢水液面。

2.2 弯曲缺陷产生的主要原因

连铸坯长度或断面形状发生变化称为形状缺陷，我厂主要以弯曲为主，产生原因比较简单，但外围因素较多，控制起来较难。其产生的主要原因：

（1）铸坯弯曲主要是由于热铸坯四个面冷却速度不一致造成的。浇铸过程中，由于冷却水水质差，部分喷嘴堵塞，热铸坯四个面冷却速度不一致造成的，铸坯表面冷却受力不均匀，造成铸坯侧C弯或S形弯曲。弧段导向托辊、运输辊道由于受铸坯热应力作用产生变形，或者由于辊道装配不在同一个水平面上，使得铸坯在辊面上左右偏移，造成铸坯弯曲。冷却水外排。在二冷弧段中，由于大量的外排冷却水喷淋到铸坯表面，此时铸坯当面受力过大，造成铸坯弯曲。

（2）坯库垛位底板不平整，由于热铸坯存在良好的塑性，底层铸坯在上层铸坯的重力作用下压弯。

（3）钢坯运输车上的轨枕不平，不完整，热装铸坯在重力作用下变形弯曲。装车不规范，铸坯堆放不整齐，也会造成铸坯在钢坯运输车上弯曲。

（4）码放在钢坯运输车和垛位的铸坯，由于最上层和两侧面的铸坯靠近空气面的冷却速度快，铸坯在空冷的作用下，自然弯曲，特别是冬季，塑性好、硬度低的铸坯弯曲尤为严重。

（5）天车出坯时，由于没有吊到铸坯中心位置造成铸坯掉落摔弯。

2.3 铸坯定尺超差主要原因

（1）远红外线切割系统故障。

（2）切割车故障。

（3）燃气、氧气压力低造成铸坯切不断，改用手动切割，使铸坯定尺超差。

3 针对铸坯缺陷进行工艺改进

3.1 针对铸坯结疤、重接缺陷采取的措施

主要是提高结晶器液面自动控制的使用率，保证结晶器液面波动控制在±3mm，减少人工控制液面的干扰，从而减少铸坯结疤、重接缺陷保证铸坯良好的表面质量，具体措施有：

3.1.1调整结晶器振动

调整结晶器振动是影响结晶器液面自动使用的一个重要因素，利用每包次停机的时间进行振动参数的测定，结晶器发生偏摆前后左右不得超过0.2mm，如果发现结晶器发生偏摆，及时通知维修人员进行修理，清理振动框架周围的冷钢及杂物，保证其振动平稳，保证结晶器振动频率100～280次/分，振幅0～4mm；如果浇注过程中发生晃动，必须停止浇注该流。

3.1.2调整好塞棒和启闭器

作为控制结晶器液面的执行机构——塞棒和启闭器影响结晶器液面自动使用的一个关键因素，是启闭器在使用前必须认真检查，确认操作灵活，压收平稳，不得有空行程、犯卡等现象。上塞棒要操作灵活，不得有摆动，上塞棒必须留好3-5mm的啃头，启闭器行程留到50mm,使塞棒在整个中包使用过程中能够准确控流。在中包烘烤后开浇前，必须再对塞棒加以校验，出现松动及走位时要加以紧固调整，以防止开浇或过程拉钢中影响结晶器液面自动的正常使用。同时控制中间包寿命≤22h，以防止塞棒走位、断棒，保证晶器液面自动的正常使用。

3.1.3每包次对拉矫机进行检查。

拉矫机是影响结晶器液面自动使用的一个重要因素，拉矫机长时间在高温环境下工作，损坏程度很大，利用每包次停机时间要做好冷却及润滑，保证液压缸、减速机、电机正常工作。并及时清理拉矫机处的冷钢、氧化铁皮等异物，保证拉矫机正常运转。如果发生拉矫机运转异常，坯子走得不稳，晶器液面自动的无法正常使用，会造成结疤、重接缺陷，必须停止浇注，更换后再拉钢。

3.1.4保证浸入式水口与结晶器对中和结晶器内插入深度

浸入式水口与结晶器对中和结晶器内插入深度是影响结晶器液面自动使用的一个因素。每次中包烘烤前，都要把中包车开到结晶器上方进行中包对中，以保证开浇后浸入式水口准确地位于结晶器中间，误差不超过±2mm；浇注过程中 发现水口偏斜要及时纠正。如果中间包变形不能满足工艺要求，及时进行中间包维修，保证了浸入式水口的对中，防止了水口偏斜。经过现场实践证明，水口插入太浅，结晶器钢液面翻卷易造成夹渣，而插入太深，结晶器钢水热中心下移，结晶器液面温度低，液面不活跃，不利于化渣，也易造成结疤或夹渣，通过实践证明，插入深度在90～130mm之间时，结晶器内钢水覆盖良好，能稳定地形成三成结构，满足润滑和传热，经现场查看铸坯表面，结疤明显减少。

3.1.5保证钢包钢水温度。

钢包钢水温度是影响结晶器液面自动使用的一个因素。保证钢包钢水出钢温度，使得中间包浇注过热度在20～40℃[1]，做好大、中包保温，保证中包黑液面操作。做好中间包每5分钟测温工作，保证钢的过热度，以保证钢水流动性，才能保证塞棒控流的稳定性保证结晶器液面自动控制系统正常工作。

3.1.6保证钢水的流动性：

钢水的流动性也会影响结晶器液面自动使用。对于H08、Q345E等含Al钢，由于用铝脱氧后的脱氧产物Al2O3或钢水温度低而生成的Al2O3，由于Al2O3熔点高2050℃，在钢水中以固体质点存在，当钢水流经水口时，Al2O3微粒在氧化铝和钢液表面张力等作用下在浸入式水口内壁接触、附着长大致使水口堵塞，造成钢水流动性变差，变粘，一旦被钢水冲走便在铸坯表面上形成结疤

为此扩大中间包水口直径，将中间包上水口直径由19.5㎜改为24㎜；提高了铝镇静钢钢水钙铝比，由原来的0.09提高到0.15以上；氩站保证软吹时间在15min以上；大包长水口使用带氩封的长水口，防止钢水二次氧化；大包挂长水口后开浇，大包浇完后再摘水口；中间包使用碳化稻壳加覆盖剂的双重保护浇注；保证了钢水的流动性，大大降低了絮流的发生，保证中间包塞棒控流的稳定性，从而保证了结晶器钢水液面自动控制稳定。

3.1.7规范保护渣使用

保护渣的使用也会影响结晶器液面自动使用。保护渣人工加入不规范，或太多或太少，都会产生渣条，影响保护渣的润滑和传热，同时有渣条就会增加捞渣次数，这样就会有捞渣棒搅动结晶器钢水液面，影响结晶器钢水液面的控制。2#连铸机上了自动加渣系统，更理想地实现了保护渣的三层理想结构，很好的解决了以上不足，结疤坯大大减少。

3.2 针对弯曲缺陷产生所采取的工艺改进

3.2.1每包次进行二冷水检查，清理堵塞的喷嘴，保证二冷竖管的对弧，保证铸坯四个面在二冷区的均匀冷却。减少铸坯出拉矫机后受设备喷淋水冷却造成的弯曲。检查铸坯输送辊道上的设备冷却水，防止滴漏浇淋铸坯。每包次对二冷水控制阀和冷却水管路进行检查，发现异常及时处理。通过对冷却水的管理，减少铸坯在输送辊道上弯曲。每包次对二冷托辊和运输辊道的水平度进行检查，及时对移位的辊子进行调整。发现辊子变形严重，或抱死的辊子及时更换。

3.2.2加强对垛位地脚进行整理，保证垛位地脚的平整；热送热装的运输车枕轨保证要平整。

3.2.3铸坯运输最好先码垛冷却，然后再运输。如铸坯需要热送时，要加保温罩，并且装车时保证两边铸坯和挡柱之间空隙最小，减少铸坯运输时间保证及时卸车。

3.2.4规范出坯，天车出坯时，要有专人指车，每吊出坯支数为5-6支，严禁超额吸坯子，要确认电磁吸盘吸到铸坯中心上才让起吊，往运输车上装坯时确认在车里时才落吸盘。

3.3针对铸坯定尺超差采取的工艺改进

3.3.1提高远红外线切割系统工作效率

采用新的检测方法，将定尺镜头与坯头拉开一定角度，使镜头能够照射到坯头下边沿，通过检测下边沿进行定位，这样使用单一厚度板坯进行标定后，由于下边沿位置的相对固定，因此可避免厚度对定尺精度的影响。

保证摄像头安装支架的抗震动性。现场红外摄像头一般安放在出坯辊道一侧，在调运钢坯时会产生，为此重新焊做固定框架，保证摄像头安装支架的抗震动性，有效地防止红外摄像头的震动，提高了切割精度。

保证摄像头位置及距离。由于在摄像机正对方向的图像最为稳定清晰，所以为消除光线、大气颗粒等干扰，摄像头最佳安装位置为正对铸坯切割点。现场使用时铸坯定尺较多，可选取平均值安装支架位置，前后不可超过1m，如一般定尺在9～12m 范围，可将摄像头支架安装在10.5m 位置。在成像距离方面，建议摄像头图像调整时尽量距离铸坯较近，这样可保证在红外成相时，铸坯自身散发的热量造成的光线虚影最小，既方便调整又可减少铸坯短尺几率。

通过修改软件，使系统具有亮度，对比度自动调整功能。在线生产时，当检测到热坯时，铸坯周边亮度瞬间暗下来，只让热坯明亮度提高，从而使坯头检测线更稳定、更容易产生，提高定尺检测精度。非在线生产时，周边图像可以显示明亮，图像具有监控功能，用户可以清晰看到辊道及冷坯的状况，以便于观察及标定操作。

尽量避免外界光线的干扰。比如夏天出坯跨厂房顶斜射下来的太阳光会影响远红外线的跟踪，我们采取了用彩钢板遮挡阳光的方法予以消除；比如冬天，热坯周围会产生许多雾气，我们通过在辊道旁边添加鼓风机将多余雾气吹散，来提高定尺的精确度。

3.3.2加强切割车设备维护。

加强切割设备维护，减少人工切割的次数，保证切割精度。连铸作业区设立专人修理下线切割车，随时具备更换条件；连铸机每次停机后要对切割车进行维检和加油，提高作业率；生产过程切割系统进行专人点检，减少故障发生；每次停机要求气体承包人员检查更换切割枪和切割嘴；设备科有专人负责协调承包厂家切割系统材料和备件情况，保证有可以随时更换。

3.3.3加强对动力作业区的管理，实行氧压动态管理，保证切割氧压≥1.2Mpa。并且设立切割氧压＜1.2Mpa时的紧急预案，保证非正常情况下能够保证铸坯定尺精度要求。

3.3.4加强铸坯检查，对超长、短铸坯头进行精整后再发。

3.3.5优化定尺，根据现场测量统计，更换浸入式水口准确找准优化点，可以有效降低切超长坯子或短坯子，以下就是2#、3#连铸机优化水口的具体位置。1#连铸机也找准了优化点，大大减少了定尺超长或超短的铸坯。

4 提高铸坯质量的技术的应用效果

项目正式实施后，铸坯质量稳步提高，铸坯结疤、弯曲、铸坯定尺超差大幅降低，缺陷坯量从项目实施前每月1230吨，从2016年12月-2017年6月份降至月369.5吨，铸坯结疤、弯曲、铸坯定尺超铸坯占总产量比例也降到了0.18%；缺陷坯总量也由项目实施前每月1512.7吨，，从2016年12月-2017年6月份降至,635.2吨，缺陷坯占总产量比例也降到了0.31%。

5 结论

只有根据连铸实际情况，不断优化连铸中间包过热度，水口插入深度等工艺参数才能进一步降低各种缺陷坯的产生，最终达到生产无缺陷坯的目标。

参考文献

[1] 蔡开科,潘毓淳,赵家贵.连续铸钢500问.北京:冶金工业出版社,2002:69