中天钢铁提高连铸坯质量的技术改造研究

万文华

中天钢铁集团有限公司，江苏常州 213013

0 引言

随着我国经济的持续发展，我国钢铁冶炼技术也得到了快速的发展，特别是我国钢铁连铸产量不断提升，技术含量也在增加。由于我国经济建设的快速发展，不同的钢材在各个行业中都得到了不同的运用，很多板坯、圆坯以及管坯等板坯连铸机在新世纪投入了使用。在这个过程中，不仅促进了我国钢铁冶金技术的设备信息现代化进程，而且为冶炼钢材节约了大量的财力、物力。同时，由于我国钢材技术与国外先进技术还存在很大的差距，所以连铸板坯技术还要进一步优化和发展，这样才能够从根本上促进我国铸坯技术的向前发展。

1 新世纪我国钢铁技术发展概况与中天集团简介

1.1 中国钢铁工业发展概况

在进入21 世纪以来，我国经济继续保持了高速的增长，而且钢铁工业继续保持高产高效的发展态势。我国钢铁市场的不断发展，不仅得益于国内市场的需求，而且随着我国经济继续的深入发展，钢材的需求会进一步增加。但是，由于资源与环境的制约，中国要继续加强钢铁技术的发展，走可持续健康的发展态势。这样不仅能满足国内自身发展的需要，而且能节约大量的资源，实现环境友好型、资源节约型的发展。

1.2 中天集团简介

中天钢铁集团有限公司位于长江三角洲中心地带——常州，南靠312 国道，北依沪宁高速公路与沪宁铁路，西临沿江高速公路，而京杭大运河穿厂而过，距离南京、上海航空港150 公里，交通十分方便。2009 年，集团成为钢铁研究总院——研究应用基地，2010 年12 月，集团院士工作站正式挂牌成立，我国工程院士干勇带领的研究团队，研究出一批高技术含量、高附加值的产品，对集团的发展具有非常重要的影响作用。集团现在每吨综合耗能为0.595 吨标煤，耗水3.8 吨，环保指标达到国家的先进发展水平，而且集团是常州首家百亿企业和五星级企业，2012 年，中国企业排名69 位，民营企业500 强第12 位。本文主要分析中天钢铁集团的连铸坯技术，简要说明了连铸坯改造技术的方法与内容，希望对中天钢铁集团的发展提供一定的参考意见。

在连铸坯技术发展过程中，中天的工艺和生产流程还是比较先进的，通过不同的技术改造，先后在市场经济发展过程中取得了良好的发展成绩。早在1985 年，就实现了全连铸，显著提高了我国铸坯技术。随着钢材技术的不断发展，外国钢材企业的陆续进入我国市场，对我国钢铁企业产生重要的影响。本文着重分析了中天钢铁连铸坯技术，希望对我国钢铁企业产生积极的参考意义。

2 连铸坯技术改造的必要性

2.1 铁水脱硫能力不足

中天钢铁在引进先进技术时，铁水脱硫能力在钢铁技术中占有非常重要的地位。但是，在长期的实践过程中，不断的对原有技术进行了处理与改造，虽然改造后的铁水脱硫能力有很大的提高，还是不能满足集团发展的需要。而且，随着国家和谐社会建设的提出，对环保要求也越来越高，因此提高铁水脱硫技术就显得非常重要。根据国内外先进钢铁企业的实践表明，用优质铁水进行脱硫，是提高钢材质量、增加企业效益的重要环境，所以中天钢材集团不断加强铁水脱硫技术增加企业效益，而提高中天钢材的产品以及销售量，成为中天集团要解决的重要问题。

2.2 全弧形铸机不能生产高质量板坯

全弧形的铸机固有的缺点是铸坯内的夹杂物分布不均衡，不易上浮，夹杂物聚集在内弧四分之一的地方，而且铸坯单点弯曲矫直，内部容易引起裂纹。并且，内外弧冷却不均匀，这样就造成了铸坯中心偏析。但是随着经济的发展，对钢材的要求越来越高，所以，铸坯中夹杂物的聚集对钢材的冶炼是非常有害的。目前，很多发达国家都采取了直弧型铸机，而且日本已经普遍采取了该项技术，所以，要不断加强直弧形铸机在钢材冶炼过程中的运用。

另外，在冶炼的过程中，中间的容量比较小，这样，钢水停留的时间比较短，造成钢水中的夹杂物和钢液就很难去除，中间容量小给多炉一起浇注带来不便，如果更换大容量，就要降低拉坯的速度，钢水液面常常处于临界高度浇注，就很容易形成钢液的残渣。在我国，大容量浇注缺乏钢水下渣监控技术，没有办法实现整个过程钢液的浇注，这样就会有一定量的钢材产生二次氧化，影响钢材冶炼的纯度。

2.3 结晶系统不完善

我国目前一般采用的结晶器系统一般偏小700mm、液面高度为600mm，但是我国铸机无液面自动控制装置和振动装置比较落后，在实际冶炼的过程中不是振幅偏小就是振幅偏大，冷却水量小，水缝设计不合理，这些问题的存在，既影响铸坯的质量，又影响炉机匹配衔接和拉坯速度。而且在二次系统冷却之后，我国铸机仪表可靠性比较差，不能实现二次冷却闭环控制。再加上我国铸机的自动化设备比较落后，信息化程度不高，而且有些设备的零部件无法订购，存在无法修复的可能性，机械的精密程度严重影响到铸机的正常运行和铸坯的质量。

2.4 铸机单点矫直问题

根据正确的计算，当坯厚为250mm 时，拉坯速度为1m/min 时，单点矫直的变化应该是0.5%，而且这是综合应变的允许值。所以，在铸机浇铸250mm 厚铸坯时，拉速只能控制在1m/min 之内。这样，为了防止带液芯矫直，也只能采取比较低的拉坯速度，这样就导致铸机与转炉衔接匹配比较困难，当转炉达到80 吨之后，炉机匹配的问题就更加明显，温度不能进行有效的控制，既影响铸坯的质量，也影响铸机的正常运行。

2.5 拉矫机辊距太大

拉矫机辊距大一般为500mm，个别达到515mm，由于拉矫机辊距过大，大部分辊子处铸坯两相界的综合应变都超过了0.5%，最大综合应变达到0.63%(比水量0.8L/kg 时)，因此在生产对裂纹较敏感的钢种时铸坯易产生内裂和沿铸坯表面的振动痕迹线上产生横裂。这样，为了正常生产，拉速就要降低，从而铸坯表面温度也随之下降，对一些浇注高温脆化温度较高的钢种，在矫直区域易产生脆化温度较高的钢种，在矫直区域易产生高脆化裂纹，单点矫直时更甚。所以，要采取先进的技术，才能够满足现代市场对新型钢材的需求。

3 加强铸坯技术改造的对策

3.1 扩大铁水脱硫能力

建立喷吹式脱硫站。针对实际的情况，建立新的喷吹式脱硫站，按照脱硫的技术考虑，脱硫后铁水含量要低于0.010%，深脱硫的任务由其它的脱硫站承担。要选择价格低廉，而且不需要特殊防护的CaO 脱硫剂，这样能够节约成本，又能够实现铁水脱硫的效果。

增加机械搅拌式脱硫站。要在原来机械搅拌式脱硫技术的基础上，进行不断的创新，因为原来的技术水平已经不能适应现代钢铁冶炼技术的发展。而且要加强脱硫处理前后铁水降温的情况，机械搅拌式脱硫站的处理情况比喷吹式处理方式要优越，但是这种脱硫站建设存在的问题是设备比较复杂，特别是液压式搅拌系统是国产的机械设备，而且有些设备的零部件可共用，也可以节约大量的成本。脱硫站的建设，花费的成本低、消耗的人力成本少，生产率比较高，投入的费用相对比较低，而获得的收益则比较大。

3.2 加强铸机的改造

要积极加强铸机的改造，铸机的改造要按照公司的总体规划的设计方案，分步骤，有计划的实施。要在原有弧型板坯铸机不足的情况下，积极借鉴国外或者国内先进的技术改造或者新建板坯铸机，这样才能够不断提高钢铁冶炼的技术和质量。采用直弧形铸机，要在生产、管理、改造资金等基础上进行仔细的考虑，在改造的过程中要采取可行性、投资比较少、工程量比较少、节约成本的改造方案，而且在选择铸机的过程中要选择性能优良的设备。

在直弧型铸机弯矫方式选择方面要注意以下几点：带液芯弯曲矫直的直弧型板坯铸机其辊列设计主要分为三类：一是由日本研究设计的多点弯曲、多点矫直技术是直弧型机，二是由奥钢联设计的渐近弯曲、连续矫直技术的直弧型机，三是由康卡斯特研究设计的连续弯曲、连续矫直的直弧型机。在带液芯弯矫理论的基础上，铸坯内裂敏感的铸坯两相区变化的控制技术得到了良好的发展。而且研究的成果表明，铸坯两相区的综合应变大小对铸坯内部裂缝具有很大的影响。所以要把综合应变值控制在比较低的水平，普碳钢的综合应变要控制在0.4%～0.5%以内。直弧型铸机在铸流坯壳较薄时经受弯曲变形引起内部裂缝的情况，可以采取分节辊细辊密排连续弯曲来避免这样情况发生。在改造的过程中，要积极采取先进的改造技术，采用连续布置的多点弯矫或连续(渐近)弯矫方式。

3.3 铸机的参数要求及质量

在进行改造的过程中，在浇注平台不变，厂房允许的情况下，铸机的弧形半径与直线段高度要尽可能大些一般情况下基本弧形半径大于8m，直线段小于2m，主要采取的技术措施为钢包-中间包钢流用带氩封的长水口保护和机械化操作，钢包水口下渣自动检测技术及钢包加盖装置以及中间包水口更换技术，要增大冷却水量以及压力，采用高振频、小振幅振动技术，而且要考虑在线停机电动调宽技术。积极发展二次冷却技术而且要实现动态控制，采取电磁搅拌装置和多功能辊缝测量技术，铸流导向辊列布置采用分节辊细辊密集排列。

铸机的参数要求图（一）

改造成直弧型板坯铸机后铸坯的质量要达到以下要求，铸坯的合格率要在99.8%以上，坯表面质量无清理率≥98%，铸坯在最终矫直点处的表面温度≥900℃，中心线裂纹发生率为0，铸坯厚度±2.5mm，宽度±0.5%，翘曲度≤4mm/m，侧向弯曲≤4mm/m，中间包钢水夹杂物去除率≥65%。

3.4 提高连铸坯内部质量

铸坯内部质量是指低部结构、中心疏松、成分偏析和裂纹。铸坯在经过高温加工之后，有的缺点可以消失、但是有的会产生变形、有的则原封不动的保存下来，因此要不断的改善铸坯内部的质量，具体的做法是：加强铸坯结构的控制，首先是扩大铸坯中心等轴晶区，限制柱状晶的生长，这样就能够减轻中心疏松和中心偏析。因此，要采用钢水低过热度浇注、电磁搅拌等技术就能够提高铸坯的质量；加强二次冷却的控制，在二次冷却区积极采用计算机控制二次冷却水量分布，使矫直点表面温度大于900℃，而且要保持铸坯表面温度的分布均匀。要对铸坯的受力与变形进行控制，因为二次冷却区受力与变形会城市不同程度的裂纹，要加强辊缝对中、压缩浇铸技术以及弯曲矫直等技术；对液相穴钢水流动进行合理的控制，促进夹杂物的上浮，保持其分布均匀，不断改善浸入式水口设计。

3.5 不断加强连铸坯表面纵裂的保护

连铸坯表面纵裂纹对轧制产品质量的影响是非常明显的，如深2.5mm、300mm 的纵裂纹在轧制板材上留下1125mm 分层缺陷，裂纹比较严重时，会造成产品的报废或者拉漏，纵裂纹的产生主要是由结晶器弯月面初生坯壳厚度的不均匀性产生的，当坯壳拉应力超过钢的强度时，就会在地壳薄弱处产生应力集中，这样就会导致断裂，纵裂的主要原因是结晶器液面波动造成的，当液面波动大于10mm 时，纵裂发生的可能性超过了30%，结晶器与水口不对也会产生偏流冲刷凝固壳，而且保护渣没有完全熔化，液渣层太厚或者太薄，这样就使渣膜厚度不一致，导致局部凝固壳太薄，当液渣层小于10mm 时，纵裂纹就会明显的增加。

因此，要不断加强纵裂发生的保护措施，具体要做到以下几个方面，一是结晶器与水口要对中，保持结晶器液面波动稳定在±10mm，而且结晶器的锥度要准确合适，结晶器与二次冷却区上部对弧要准，采用热顶结晶器，即在弯月面区75mm铜板内镶入不锈钢等导热性差的材料，减少了弯月面区热流50%～70%，延缓了坯壳收缩，减轻了凹陷，因而也减小了纵裂发生几率。

4 结论

中天钢铁集团提高铸坯技术改造，既是提高中天集团冶炼技术的需要，也是提高中天国内国际竞争力的需要。所以，要采取积极的应对方针，遵循节约、有步骤、按照计划实施。要不断加强铁水脱硫站的建设，改进加工技术，扩大脱硫能力，为生产优质钢材、连铸坯创造良好的条件。在改造的过程中，直弧半径大于8m，直线段要大于2m，而且要推广新的技术和工艺，扩大中天集团的影响力，促进中天集团的更大发展。

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