钒钛科技170×170mm²断面方坯连铸机高拉速技术攻关

肖建华

（成渝钒钛科技有限公司，四川  内江 641000）

摘要：成渝钒钛科技有限公司因提升产能需要，在方坯连铸机170×170mm²断面基础上，通过优化调整配水参数，进一步提高连铸机拉速，在保证铸坯质量稳定受控的情况下，提高机时产量，满足生产要求。

关键词：连铸，高拉速，质量，配水

前言

钒钛科技炼钢厂170×170mm²断面方坯连铸机，原设计拉速为2-2.8m/min，为进一步提高机时产量，需要将拉速提高至3.2-3.5m/min，以达到炉机匹配，满足生产要求。但拉速提高后，连铸漏钢几率增加、铸坯质量不稳定的风险将大幅增加。

一、生产现状

1、170×170mm²断面方坯连铸机基本工艺参数

铸机半径：10m

振动频率：36-360次/min

振幅：±6mm

振动方式：正弦

结晶器长度：900mm

冷却方式：全水冷却

冶金长度：30.78m

2、生产情况

钒钛科技公司170×170mm²断面方坯连铸机主要浇注钢种为HRB400E、HRB500E，液相线温度平均为1502℃，平均中包温度1530℃，平均拉速2.8m/min。

二、提高拉速对生产质量的影响

1、漏钢几率增加：拉速增加，结晶器冷却强度不足，钢水热量无法及时传递，导致出结晶器的坯壳变薄，在钢水静压力的作用下，坯壳破裂，发生漏钢事故。

2、铸坯内部夹杂物增加

   拉速增加，水口侵蚀加剧，同时钢水浸入深度增加，钢水在结晶器内停留时间短，钢水中的夹杂物来不及上浮，导致铸坯内在夹杂物增加，影响铸坯质量。

3、对铸坯外部质量的影响

（1）、菱变

拉速增加，坯壳在结晶器下部偏薄，特别是角部区域，气隙大，传热慢，易发生菱变。引起结晶器内冷却水间歇沸腾和坯壳变形，致使出结晶器的坯壳减薄，坯壳的强度和刚度降低。导致初生坯壳在不均衡力作用下产生变形，发生菱变。

（2）、裂纹

较快的拉速，特别是过热度较高时，高拉速加剧坯壳在结晶器内生长的不均匀性，使坯壳变薄，当应力超过其抗拉强度时，产生裂纹。

4、对内部质量的影响

   随着拉速的增加，铸坯在结晶器内停留时间变短，钢水凝固速度降低，增加了消除钢水过热度所需要的时间，将导致铸坯液芯延长，推迟了等轴晶的形核长大，扩大了柱状晶，

三、影响拉速提高的因素

拉坯速度，是指连铸机单位时间内，每流拉出的铸坯长度（m/min），也可以用每一流单位时间内拉出铸坯的重量来表示（t/min）。

连铸拉坯速度是正常浇注操作中的重要控制参数。中间包内钢液温度是控制和调节拉坯速度的关键。其大小直接影响到钢水的凝固速度及内部质量。显然，在连铸坯断面一定的情况下，提高拉速可以提高连铸机的生产能力。但是，拉速过高会造成结晶器出口处坯壳厚度不足，难以承受拉坯力和钢水的静压力，以致坯壳被拉裂甚至拉漏。因此，拉速必须和中间包内钢水温度密切配合。提高拉速应以获得良好的铸坯结构和保证正常操作为前提，在这一前提下，尽可能提高拉速。

钢种、中间包容量、中间包液面深度、铸坯断面、冶金长度、结晶器出口坯壳厚度和浇注温度等是影响拉速的主要因素。

（1）、钢种的影响

不同钢种的凝固系数不同。碳素钢凝固系数最大，合金钢凝固系数最小。因此，断面相同的碳素钢拉速要比合金钢的拉速大。这是因为凝固系数小的钢种在冷却过程中产生的热应力大，只能采用较小的拉速。

铸坯断面形状及尺寸的影响

（2）、铸坯断面形状及其尺寸的影响

不同断面形状的铸坯，单位质量的周边尺寸不同，冷却的比表面不同。对于相同钢种的铸坯，断面大的冷却“比表面”小，因而大断面铸坯的拉速一般低于小断面的拉速。

（3）、结晶器传热能力的限制

   拉速增加，钢水在结晶器内的停留时间减少，出结晶器的凝固壳变薄，甚至发生漏钢。根据结晶器散热量计算出的最高浇注速度，方坯为3-4m/min。

浇注温度及钢水中硫磷含量的影响

浇注温度高时，凝固时间延长，拉速应减小，反之亦然。在连铸生产实践中要根据中间包钢水温度来调整拉坯速度。

当浇注温度高或钢水中硫、磷含量较高时，都要适当降低拉速；生产实践中，允许浇注温度偏差在一定范围内，如最佳温度偏差小于±5℃时，可按正常拉速拉坯；若温度偏差在±（5-10）℃时，则拉速相应降低或提高10%左右。当钢水中硫含量＞0.025%或硫含量+磷含量大于0.045%时，拉速应按下限控制。

（4）、拉坯力的限制

随着拉速的提高，铸坯中未凝固长度边长，各相应位置上凝固壳变薄，铸坯表面温度升高，铸坯在辊间的鼓肚量增加，容易产生表面横裂纹和内部裂纹，若超过了拉拔转矩，就不能拉拔。由于这种原因也限制了拉坯速度的增加。

除了上述因素外，其他如结晶器振动、保护渣性能、二冷强度、结晶器传热能力等对拉速也有一定的影响。因此，应根据情况和浇注工艺条件，选择既能发挥连铸机生产能力又能保证铸坯质量的合格的拉速

（5）、水口选型的限制

水口直径应满足连铸机在最大拉速时的钢水流量。根据中包水口流出的钢水量与结晶器拉走的钢水量相等原则，水口直径可由下式计算确定

d=（4abv/C_Dπ（2gH）^1/2）^1/2

H—中包钢水深度，m

ab—结晶器断面，m²

v—拉速，m/min

C_D—水口流量系数，镇静钢为0.86-0.97

d—水口直径，mm

浇注后期，水口直径扩大，拉速相应提高

四、提高拉速的措施

1、结晶器配水

   结晶器的作用是保证坯壳在结晶器出口处有足够的强度，以承受钢水的静压力，防止拉漏，同时又要使坯壳在结晶器内冷却均匀，防止表明缺陷的产生。为了保证钢水在短时间内形成坚固外壳，要求结晶器有相应的冷却强度，这就要求结晶器有合适的冷却水量。冷却水量过小，将降低结晶器的冷却强度，影响拉坯速度的提高，且易使结晶器内壁温度升高，缩短结晶器使用寿命。反之，冷却水量过大会使坯壳过早收缩，从而使结晶器与坯壳间过早形成气隙，减少铸坯向结晶器传热，也将影响提高拉坯速度。

   因此，结晶器冷却水进出水温差、出水温度应控制在适当范围内，为保存坯壳厚度均匀，生产中应尽量保证冷却水量和进出水温差恒定。结晶器水压也应控制在适当范围内，为防止结晶器水缝间产生间断沸腾，可提高水压或缩小水缝，以增加水的流速，避免结晶器过热变形，减少铸坯菱变和角裂缺陷。

对此钒钛科技连铸结晶器冷却水流量，由135~140m³/h调整为140~160m³/h，按铜管通钢量0-4000t；4000-7000t；7000以上分3个阶段进行配水调节，控制结晶器水温差在7-10℃，稳定铸坯坯壳厚度，保证结晶器内初生坯壳厚度达到8~12mm的要求，避免漏钢事故。

表2  钒钛科技结晶器配水参数

2、二冷配水

   从结晶器出来的铸坯，其芯部仍为液态。为使铸坯在进入矫直点前或在切割前完全凝固，就必须在二冷区进一步对铸坯进行冷却。为使二冷系统能对铸坯表面温度进行均匀控制，应尽量使水雾均匀覆盖在铸坯表面。然而，由于二冷喷水的复杂性，铸坯表面温度波动客观上是不可避免的。因此，良好的二冷系统控制是避免和减轻大急剧温降的重要环节。

由于铸坯出结晶器后进入二冷区上段时，内部液芯量大，坯壳薄，热阻小，坯壳凝固收缩产生的应力也小。此时加大冷却强度可使坯壳厚度迅速增加，并且在较高的拉速下不会拉漏。当坯壳厚度增加到一定程度后，随着坯壳热阻的增加，则应逐渐减小冷却强度，以免铸坯表面热应力过大产生裂纹。因此，在整个二冷区应对采取自上到下冷却强度由强到弱的原则。

拉速提高后，二冷配水强度相应增加，但在提高冷却强度的同时，铸坯表面局部温降剧烈，铸坯回温产生裂纹，为保证铸坯表面横向及纵向都能均匀降温，铸坯表面冷却速度应小于200℃/min，表面温度回升应小于100℃/min。

因此，结合钒钛科技连铸机二冷段设计长度较短，铸坯回温控制难度大的问题，二冷段由3段配水增加至5段配水，增加铸坯冷却长度，减少铸坯强冷和回温，全部采用自动配水模式，通过专业设计配水参数再根据生产时间情况进行微调，控制拉矫机坯温为1000~1080℃之间。

表3  钒钛科技二冷段改造

表4  钒钛科技二冷配水表

3、温度控制

通过对配水的调节，控制铸坯在拉矫机的温度，均＞950℃

表5  钒钛科技连铸高拉速下铸坯在拉矫处温度

4、保护浇注工艺优化

在提升拉速后，保护渣耗量及性能将铸坯质量和生产存在一定影响，需同时匹配保护渣的熔化速度和液渣层厚度，确保稳定的渣膜润滑和良好的传热效果，避免生产漏钢事故。

每一炉对结晶器保护渣渣层进行测量检测，确保渣层厚度控制在20~40mm范围，液渣层不低于5mm，保护渣三层结构稳定。

5、优化大包水口和中包定径水口的选型，满足高拉速过钢量要求。

采用Φ55mm大包水口浇注，解决在钢包浇注至中后期时因液面高度降低、钢水静压力减小，中包不能满液面浇注的情况。选型Φ22mm中包上水口并匹配Φ21mm下水口使用，满足拉速提升至3.5m/min时的过钢量要求。

五、铸坯质量情况

在拉速提升后，平均拉速3.2-3.5m/min时，中心裂纹、疏松、缩孔等单一缺陷最高为2.5级，铸坯低倍缺陷总级数＜4.5级。其中在拉速3.5m/min时，铸坯缺陷总评级为3.0，铸坯质量正常。

五、结束语

钒铁科技炼钢厂通过对连铸配水制度以及水口选型的优化，连铸平均拉速提升至3.2-3.5m/min，铸坯质量稳定受控。实现170×170mm²断面方坯连铸机拉速的全面提升。

参考文献：

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[2] 孙坤，小方坯连铸实现高拉速的技术措施解析[J]，中国金属通报，2017

[3] 罗冰，小方坯连铸机高拉速技术改造和生产实践[J]，连铸，2019

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