潘統(tǒng)領(lǐng) ，高立超 ，杜林 ，滿銳 ，宋宇

（1.鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山 114021；2.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧 鞍山 114009）

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠（以下簡稱“煉鋼總廠”）中薄板鑄機(jī)最初設(shè)計以生產(chǎn)低碳鋼和普碳鋼為主，為了滿足市場需求，逐步加大對高附加值和高質(zhì)量產(chǎn)品的研發(fā)投入。大部分汽車鋼屬超低碳含鋁鋼，需大量的鋁合金進(jìn)行脫氧，而中薄板鑄機(jī)屬高拉速鑄機(jī)，當(dāng)脫氧產(chǎn)物三氧化二鋁不能及時從鋼水中排除時，將惡化鋼水的潔凈度，在冷軋板卷表面產(chǎn)生線狀缺陷。由于中薄板鑄機(jī)斷面較窄，通常使用扁平浸入式水口，澆注過程中極易發(fā)生水口堵塞。高拉速鑄機(jī)的二冷強(qiáng)度高，在生產(chǎn)中碳鋼時易在鑄坯角部出現(xiàn)橫裂紋，被迫下線清角。據(jù)此，煉鋼總廠開展了研究。

1 鑄坯火焰清理關(guān)鍵技術(shù)

1.1 鑄坯最佳清理量

對于表面質(zhì)量要求較高的汽車鋼板、家電用鋼板等，如果鑄坯表面有小的瑕疵，軋制成材后將擴(kuò)大成幾米的缺陷，因此必須對板坯進(jìn)行表面清理，以去除表面缺陷，提高終端產(chǎn)品的質(zhì)量。取三塊澆次頭罐的超低碳IF鋼連鑄坯，其中1號鑄坯為澆次頭罐的第二塊鑄坯，2號為穩(wěn)態(tài)鑄坯，3號為澆次頭罐與第二罐的界面坯。利用自動磨樣機(jī)、金相顯微鏡和掃描電鏡對板坯厚度方向表層（5 mm以內(nèi)）區(qū)域每隔1 mm進(jìn)行夾雜物數(shù)量、密度和最大尺寸的測定。每塊鑄坯觀察168個面、1 680個視場，單次檢測面積達(dá)到17 052 mm。不同清理量下表層最大夾雜物尺寸的變化情況見圖1。從圖1中可以看出，如果臨界夾雜尺寸為100 μm，則1號鑄坯需要清理3 mm就能滿足要求，2號和3號鑄坯需要清理2 mm就能滿足要求。

圖1 不同清理量下表層最大夾雜物尺寸的變化Fig.1 Changes of Sizes of Maximum Inclusions in Surface Layer under Different Scarfing Amount

1.2 零漏清控制技術(shù)

漏清是指板坯在清理過程中出現(xiàn)熔池中斷，表面出現(xiàn)未清理的現(xiàn)象，圖2所示為漏清坯實(shí)貌。

圖2 漏清坯實(shí)貌Fig.2 Appearances of Casting Blanks without Scarfing

漏清坯需要人工進(jìn)行下線補(bǔ)清，增加了清理成本和產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)險。清理初期觀察預(yù)熱火焰，保證為淡藍(lán)色，否則對丙烷管路雜質(zhì)進(jìn)行外排。預(yù)熱時觀察各燒嘴預(yù)熱時間，如果超過5 s間隔則要先觀察板型是否切斜，通過手動調(diào)整預(yù)熱位置進(jìn)行均勻預(yù)熱，否則會造成漏清。清理過程中觀察清理速度是否適中，如果速度過快會造成清理熔池拉斷產(chǎn)生漏清，此時要將輥道降速至1 m/min。目前火焰清理機(jī)漏清率控制在0.3%以下。

2 上水口氬氣控制技術(shù)

為了防止水口絮流，通常上水口氬氣流量相對較大，利用吹氬的機(jī)械作用減少沉積物造成的堵塞。但是生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，吹氬量過大會造成卷渣并在鑄坯中產(chǎn)生針孔缺陷。在保證澆注效果（換一只水口保證不絮流斷澆）的前提下，減少掉棒及液位波動，從而減少鑄坯中氧化鋁及卷渣夾雜。采用漸進(jìn)法逐漸降低中間包上水口氬氣流量，使其從原來的10 L/min降至8 L/min，觀察到澆注狀態(tài)沒有明顯變化，因此將開澆時水口氬氣流量降至6 L/min，跟蹤一段時間后，澆注效果較好。圖3為改進(jìn)前后澆鑄過程中塞棒開度的變化情況。改進(jìn)前，塞棒開度曲線有多次瞬間下降，說明水口、塞棒頭部有夾雜物脫落現(xiàn)象；改進(jìn)后，塞棒開度曲線平緩，說明澆注效果較好。工藝改進(jìn)前后各12個月的軋后缺陷率對比見圖4，由圖4看出，改進(jìn)后的軋后缺陷率大幅下降。計算得出軋后缺陷率下降了40%。

圖3 改進(jìn)前后澆鑄過程中塞棒開度的變化情況Fig.3 Changes of Opening Degree of Stopper Rod during Casting before and after Improvement

圖4 改進(jìn)前后軋后缺陷率的對比Fig.4 Comparison of Defect Rates of Rolled Steel before and after Improvment

3 浸入式水口優(yōu)化技術(shù)

3.1 擴(kuò)大浸入式水口內(nèi)徑

浸入式水口與結(jié)晶器銅板之間的距離很小，容易造成坯殼與水口粘連，水口嚴(yán)重?fù)p壞的話會導(dǎo)致漏鋼。受斷面厚度的影響，中薄板鋼生產(chǎn)普遍采用扁平式水口，該水口內(nèi)徑小，生產(chǎn)含鋁鋼易堵塞，嚴(yán)重時導(dǎo)致澆鑄中斷。所以，煉鋼總廠研究開發(fā)并使用了汽車鋼專用浸入式水口，水口內(nèi)徑在鑄坯厚度方向擴(kuò)大了20 mm。采用該浸入式水口后，水口堵塞問題減少90%。

3.2 開發(fā)兩孔浸入式水口

煉鋼總廠生產(chǎn)汽車鋼斷面為1 030～2 000 mm，跨度較大。原三孔浸入式水口在生產(chǎn)1 800 mm以上斷面時，窄面液面不活躍，邊部熔融層薄，結(jié)晶器內(nèi)流場不能形成雙回流，化渣效果差，保護(hù)渣熔化不好，固體渣很容易卷入鋼水，形成皮下夾雜。所以，針對汽車鋼1 800 mm以上斷面，開發(fā)了兩孔浸入式水口，水口傾角由20°改為15°。利用釘板實(shí)驗(yàn)對結(jié)晶器流場進(jìn)行研究，釘板見圖5。

圖5 釘板Fig.5 Nail Board

實(shí)驗(yàn)方案為：采用1 830 mm寬斷面，拉速為1.3 m/min，氬氣流量為6 L/min，水口浸入液面深度130 mm。將釘板水平插入結(jié)晶器鋼水液面，測點(diǎn)位置1距水口中心260 mm，各點(diǎn)之間距離90 mm，取出釘板測量各鋁絲長度、鋼絲掛鋼斜坡低點(diǎn)和高點(diǎn)距釘板距離。

結(jié)晶器內(nèi)流場數(shù)據(jù)見表1，由表1看出，結(jié)晶器內(nèi)鋼絲流場方向基本一致，流向3點(diǎn)方向，可以確定流場形成雙回流。

表1 結(jié)晶器內(nèi)流場數(shù)據(jù)Table 1 Flow Field Data in Mould

4 倒角結(jié)晶器技術(shù)

700～900℃，鋼存在第三脆性區(qū)間,鋼的韌性明顯降低，降低的程度與鋼的化學(xué)成分有關(guān)。在奧氏體低溫區(qū)域，含鈮、釩、鈦的微合金化鋼和鋁脫氧鋼鑄坯中氮化物、碳化物的析出顯著降低鋼的延塑性。若對鑄坯在這一脆性溫度區(qū)域進(jìn)行矯直，矯直應(yīng)力會造成鑄坯角橫裂頻繁發(fā)生。裂紋敏感性高的中碳鋼易發(fā)生角部橫裂紋。國內(nèi)外對此的解決措施有優(yōu)化連鑄二冷配水、控制鋼水氮含量、微鈦合金化處理含鈮鋼、調(diào)整結(jié)晶器保護(hù)渣性能、采用結(jié)晶器非正弦波振動及提高連鑄設(shè)備安裝精度等,但是這些方法實(shí)際效果并不明顯。為解決這一問題，煉鋼總廠采用了倒角結(jié)晶器技術(shù)。倒角結(jié)晶器銅板橫截面見圖6所示。

圖6 倒角結(jié)晶器銅板橫截面Fig.6 Cross Section of Copper Plate in Chamfered Mould

根據(jù)水縫面積調(diào)整水量，調(diào)整后水縫流速與原直角窄板水流速相當(dāng)。倒角結(jié)晶器錐度比直板結(jié)晶器錐度有所增加,下錐度系數(shù)為1.10%～1.35%，不同鋼種、不同斷面鑄坯對應(yīng)的倒角結(jié)晶器窄面銅板附加錐度略有不同。生產(chǎn)過程中對鑄機(jī)3～6段鑄坯倒角處進(jìn)行測溫,溫度穩(wěn)定在950～1 014℃。倒角結(jié)晶器鑄坯角部溫度比普通結(jié)晶器的高約100℃，高于鋼的高溫脆性區(qū),消除了鑄坯角部拉應(yīng)力和應(yīng)變集中,鑄坯角部質(zhì)量良好,角部橫裂紋發(fā)生率降低95%，實(shí)現(xiàn)了熱裝熱送。

5 結(jié)論

（1）鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠針對汽車板鋼夾雜缺陷和鑄機(jī)絮流堵塞問題，采取了鑄坯火焰清理技術(shù)和上水口、浸入式水口優(yōu)化技術(shù)，澆次頭罐第二塊鑄坯需要清理3 mm能夠滿足要求，穩(wěn)態(tài)鑄坯和澆次頭罐與第二罐的界面坯需要清理2 mm能夠滿足要求；逐漸降低中間包上水口氬氣流量降至6 L/min，可以保證澆注效果；鑄坯軋后缺陷率下降40%。

（2）針對中碳鋼鑄坯角部橫裂紋問題采用了倒角結(jié)晶器技術(shù)?？梢蕴岣哞T坯角部溫度100℃以上，消除了鑄坯角部拉應(yīng)力和應(yīng)變集中，角部橫裂紋發(fā)生率降低95%，實(shí)現(xiàn)了熱裝熱送。