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        高效HPB300小方坯連鑄生產(chǎn)實踐

        2021-03-09 05:52:20
        中國金屬通報 2021年22期
        關(guān)鍵詞:角部鋼種銅管

        孫 坤

        (陽春新鋼鐵有限責(zé)任公司,廣東 陽春 529600)

        陽春新鋼鐵有限責(zé)任公司煉鋼廠采用120t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐→吹氬站→155mm*155mm小方坯連鑄機的生產(chǎn)模式生產(chǎn)HPB300鋼種,采用定徑水口、機械四連桿的振動臺、結(jié)晶器液面自動控制及保護渣澆鑄模式。在連鑄生產(chǎn)過程中,拉速達(dá)到3.5m/min時鑄坯脫方、低倍內(nèi)裂紋嚴(yán)重,軋制堆鋼事故頻繁,本文針對HPB300鋼種特性,優(yōu)化連鑄工藝參數(shù),設(shè)備條件升級,拉速達(dá)到4.5m/min時方坯無脫方,低倍裂紋缺陷可控,實現(xiàn)HPB300鋼種的高效生產(chǎn)。

        1 工藝設(shè)計

        原工藝成分控制。

        表1 HPB300鋼種所含成分

        2 質(zhì)量控制情況

        連鑄機為R9m弧鑄機,使用155mm*155mm結(jié)晶器銅管,銅管長度1m,冷卻零段設(shè)計雙排足輥,噴嘴類型為全水壓力噴嘴,保護渣為低碳保護渣。在現(xiàn)有的設(shè)備與工藝參數(shù)條件下,生產(chǎn)出的方坯取低倍檢測,低倍缺陷如圖1、圖2,缺陷主要存在皮下裂紋、中間裂紋、角部凹陷、對角線裂紋、鼓肚等。在軋制盤條過程中表面存在大量結(jié)疤,造成大量成品判廢。

        圖1 方坯低倍缺陷圖

        圖2 低倍缺陷所處位置圖

        3 缺陷原因分析及控制

        3.1 角部裂紋

        HPB300鋼種拉速達(dá)到3.5m/min時,在取鋼坯低倍樣酸洗后角部存在凹陷,距離凹陷位置皮下5mm~10mm有嚴(yán)重角部裂紋。鋼水在結(jié)晶器冷卻過程中角部二維冷卻強烈,優(yōu)先形成氣隙,鑄坯表面部分緊貼結(jié)晶器銅管內(nèi)壁凝固收縮,鋼水靜壓力阻止其收縮速度,產(chǎn)生拉應(yīng)力,在鑄坯拐角處應(yīng)力最大,容易造成裂紋[1],同時本文使用結(jié)晶器配套足輥寬度135mm,低于鑄坯寬度,對出結(jié)晶器下口的鑄坯支撐強度不夠,鑄坯角部位置在鋼水靜壓力和熱應(yīng)力的作用下向外膨脹,角部形成明顯凹陷,且伴隨著嚴(yán)重角部裂紋的產(chǎn)生。針對角部裂紋的控制首先降低鑄坯銅管內(nèi)的角部傳熱、面部傳熱不均造成的拉應(yīng)力差異,對銅管內(nèi)腔重新設(shè)計,采用形似梅花型結(jié)構(gòu)的銅管,銅管截面積至上而下逐漸減少,銅管下部截面由原來的四個菱角變成帶有圓弧狀凸起的矩形,提高了銅管傳熱均勻性[2];其次提高足輥支撐夾持作用,防止角部出現(xiàn)凹陷,重新設(shè)計足輥寬度,由原來的135mm調(diào)整為145mm,單排足輥調(diào)整為雙排足輥,同時改善足輥材質(zhì),降低足輥磨損程度。經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整后的角部裂紋產(chǎn)生比例降低至5%以下。

        3.2 中間裂紋

        二冷區(qū)的冷卻強度、均勻性、各段水量的分配等直接影響連鑄坯的質(zhì)量,特別是二冷區(qū)的冷卻強度又與鑄坯的缺陷密切相關(guān)。由于坯殼厚度δ是隨時間的增加而增加,即δ=K*t1/2,凝固殼厚達(dá)到一定時,坯殼傳熱成為坯殼增長的限制環(huán)節(jié),坯殼厚度越大,傳熱阻力越大,溫差也越大,因而冷卻水量Q隨δ的增加而降低,即Q與δ成反比,所以在二冷區(qū)根據(jù)鑄坯的冷卻不同分成不同的冷卻區(qū)。二冷區(qū)全水噴嘴型號及各區(qū)噴嘴數(shù)量如下:

        表2 二冷區(qū)全水噴嘴型號及各區(qū)噴嘴數(shù)量

        在拉速達(dá)到4.0m/min時設(shè)定不同冷卻強度跟蹤裂紋趨勢,平均裂紋等級如下:

        表3 不同冷卻強度下鑄坯裂紋分級

        實踐證明:HPB300鋼種在強冷條件下冷卻強度比水量達(dá)到2.4L/kg,對低倍質(zhì)量無明顯改善作用,低倍裂紋等級高;在比水量低于1.7L/kg的情況下,高拉速鑄坯質(zhì)量同樣得不到保證,裂紋缺陷不能得到控制,當(dāng)比水量控至在1.7L/kg~1.8L/kg之間,連鑄生產(chǎn)拉速達(dá)到4.0m/min以上,鑄坯低倍中間裂紋等級大幅度降低,滿足高效生產(chǎn)需求。

        3.3 對角線裂紋

        在實際生產(chǎn)過程中,當(dāng)鑄坯出現(xiàn)嚴(yán)重的脫方時,低倍酸洗樣對角線裂紋嚴(yán)重,由此可見,HPB300鋼種對角線裂紋的產(chǎn)生和鑄坯脫方有著密切關(guān)系,而常見的鑄坯脫方因素:①鋼水硫高。當(dāng)鋼水硫含量達(dá)到0.030%以上,鑄坯脫方加劇,需要嚴(yán)格控制鋼水硫含量。②結(jié)晶器銅管磨損。銅管下口磨損,錐度發(fā)生變化,鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)產(chǎn)生傳熱不均。原來的結(jié)晶器銅管在通鋼量達(dá)到6000噸時,下口磨損量超過1mm,因此對于影響銅管磨損的主要因素如鑄機弧度維護、結(jié)晶器足輥軸承磨損、保護渣的理化性能分別進(jìn)行優(yōu)化,鑄機弧度變化值控制在2mm,結(jié)晶器足輥軸承出現(xiàn)竄動更換,保護渣降低熔點至1050~1100度,噸鋼消耗水平控制在0.3kg/t。③成分設(shè)計優(yōu)化。主要開展C、Mn元素對鋼水凝固狀態(tài)的影響研究來實現(xiàn)控制鑄坯脫方。經(jīng)生產(chǎn)實踐證明,鑄坯的脫方程度隨著C含量的降低而降低,綜合我廠生產(chǎn)HPB300鋼種的實際情況,實現(xiàn)高效生產(chǎn)需要控制漏鋼事故的發(fā)生,因此對鋼水C含量設(shè)計避開鋼水的包晶反應(yīng)區(qū),控制C含量在0.17%~0.21%。鋼水中的Mn含量提高對于控制鑄坯脫方同樣效果明顯,原有工藝參數(shù)中平均Mn含量控制在0.35%,由于我廠生產(chǎn)HPB300鋼種時,鋼水中平均S含量在0.025%,錳硫比值為10,而S高時鋼水中生成的FeS熔點低,分布在晶界,引起晶間脆性,容易產(chǎn)生嚴(yán)重裂紋,而當(dāng)錳硫比值大于15時,生成的MnS熔點高,不易形成裂紋,因此根據(jù)鋼水中硫含量的控制水平,調(diào)整Mn含量在0.55%-0.65%,降低了鑄坯脫方以及對角線裂紋的產(chǎn)生機率。

        3.4 中心疏松

        HPB300酸洗低倍樣中心存在明顯疏松且夾雜物含量高,對此主要采取以下控制措施:①提高連鑄鋼水的可澆性,在出鋼過程中增加硅鋁鋇20kg進(jìn)行脫氧處理,降低鋼水中的氧含量。研究表明當(dāng)Mn/Si控制在3~6時,脫氧產(chǎn)物的顆粒大,便于夾雜物上浮。原成分設(shè)計中Si含量12%~0.35%,平均值0.18%,Mn/Si約為1.75,生產(chǎn)夾雜物顆粒小,而Mn含量提高至0.55%~0.65%時,比值增加至3.33,大幅度提高了鋼水的清潔度,降低了鋼水中的夾雜物[3]。②降低連鑄中包澆鑄溫度。原來的典拉溫度為過熱度10~30度,調(diào)整澆鑄過熱度8~25度,在低溫區(qū)間8~13度拉速達(dá)到4.5m/min。

        4 設(shè)備改造

        4.1 振動臺

        原有連鑄機振動臺為機械四連桿的振動臺,其缺陷主要為振動穩(wěn)定性不夠,容易出現(xiàn)偏振,且隨著拉速的提高偏振情況越明顯,容易造成生產(chǎn)漏鋼事故。因此對振動臺進(jìn)行改造,采用電動缸振動臺,設(shè)定滑脫時間為0.1s,采用低頻變幅技術(shù),拉速達(dá)到4.5m/min時無偏振。

        4.2 結(jié)晶器

        結(jié)晶器作為連鑄生產(chǎn)的核心,我廠經(jīng)過技術(shù)研究,實現(xiàn)了銅管內(nèi)腔由拋物線型向梅花型的轉(zhuǎn)變,開發(fā)了表面刻槽銅管,配套設(shè)計玻璃鋼水套,提高了結(jié)晶器冷卻效率,為實現(xiàn)高效生產(chǎn)提供了設(shè)備保障。

        5 結(jié)論

        (1)HPB300鋼種降低C含量,提高M(jìn)n含量,有利于減少連鑄脫方。

        (2)梅花形銅管內(nèi)腔以及合適的足輥支撐寬度可有效降低鑄坯角部裂紋。

        (3)二冷強度控制在1.7-1.8L/kg時滿足HPB300鋼種4.0m/min以上拉速生產(chǎn),可有效減少中間裂紋缺陷。

        (4)鑄機弧度維護、保護渣理化性能調(diào)整、控制鋼水中S含量是減少HPB300脫方的重要措施。

        (5)HPB300鋼種通過控制Mn/Si比可降低鋼水中夾雜物;降低澆鑄過熱度可減少高拉速下鑄坯中心疏松。

        (6)結(jié)晶器銅管冷卻效率提升、振動臺振動參數(shù)優(yōu)化是達(dá)成高效生產(chǎn)的必要條件。

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