连铸钢坯氧化铁皮产生的原因及降低措施

刁兴武，李乾坤

(西林钢铁集团有限责任公司，黑龙江 伊春153025)

2012年西林钢铁公司炼钢总厂通过内部对标发现，与原有的1#、2#连铸机相比新投产的3#、4#连铸机在连铸生产过程中产生的氧化铁皮较高，严重影响连铸钢水回收率。因此炼钢总厂组织连铸相关生产技术人员针对3#、4#连铸机生产过程中氧化铁皮过高的问题进行了攻关，并取得一定效果。

1 连铸过程氧化铁皮生成机理

连铸坯产生的氧化铁皮是铸坯表面的铁元素与环境中的氧化性气体发生化学反应，生成铁的氧化物，而氧也进一步从铸坯表面向里扩散形成了氧化铁皮。连铸生产时高温的铸坯必须通过结晶器冷却及二冷区喷水冷却才能到达拉矫机，然后经拉矫机矫直由辊道送至连铸机的冷床，连铸冷却环境中的的H2O(水蒸气)、O2都具有较强的氧化性，铸坯表面发生的氧化反应主要如下:

2 连铸钢坯产生氧化铁皮的原因

实践表明，影响3#、4#连铸机铸坯产生氧化铁皮的主要因素有连铸二次冷却配水量，连铸过程的铸坯温度，连铸二次冷却水的温度、钢水成分等。

2.1 连铸二次冷却配水量对铸坯氧化铁皮的影响

3#、4#连铸机结晶器的配水量一般控制在120～140t/h，钢水在结晶器内与铜管壁接触后，受到强制冷却，凝结成细小等轴晶的坯壳，初生坯壳的厚度大于10mm，由结晶器拉出的铸坯进入二次冷却区时，液芯量较大，坯壳薄，热阻力小，加大二次冷却强度，可以使铸坯厚度快速增加，当铸坯可达到一定厚度时，雾化冷却水在铸坯表面形成一定厚度的蒸汽膜，影响冷却水的冷却效果，造成铸坯回温，所以二次冷却水是按由强至弱的原则均匀冷却的。二次冷却配水时，首先根据不同的钢种来确定铸坯在二冷区各段温度，确定各段的配水量，要避免由于二冷区各段配水不均，造成局部铸坯回温过大而产生的热应力，使铸坯内部产生裂纹。同时，铸坯内部温差过大，大大增加了铸坯表面氧化铁皮的生成。因此对二冷水要求:

(1)对铸坯表面冷却要均匀，要避免二冷水条上的喷嘴堵塞现象发生;

(2)因为雾化冷却水能击破铸坯表面的蒸汽膜，达到强化冷却效果的目的，因此为了保证冷却效果的最大化，雾化冷却水被蒸发的比率越高越好;

(3)因为减少铸坯表面形成的蒸汽膜厚度，可以有效地降低铸坯表面的氧化强度，因此在铸坯表面上未蒸发的水停留时间越短越好。

由于设计方面的原因，3#、4#连铸机的每根二冷水条上的喷嘴比原有的1#、2#连铸机少4个，连铸二次冷却水的流量不足，二冷水冷却强度偏弱，造成铸坯回温偏高，铸坯产生的氧化铁皮也多。

另外，由于二冷水总管的过滤网清洗不及时，二冷水中含杂质多，连铸生产过程中时常出现喷淋水嘴堵塞现象，造成二冷水喷水不均匀，雾化冷却效果差，铸坯表面上未蒸发的水停留时间长，因此铸坯产生的氧化铁皮也偏多。

2.2 温度对铸坯产生氧化铁皮的影响

3#、4#连铸机铸坯矫直温度一般控制在在900℃以上，因为700℃～900℃是铸坯矫直裂纹的敏感温度区，即铸坯只有在1 000℃左右，才能保证铸坯质量，而据资料表明铸坯矫直温度在700℃左右时，氧化铁皮产生不明显;铸坯矫直温度在900℃左右时，氧化铁皮产生明显增多;在1 000℃左右时，铸坯产生的氧化铁皮急剧增多，大约是铸坯在900℃左右时氧化铁皮产生量的2倍;而在1 100℃左右时，铸坯产生的氧化铁皮量，大约是铸坯在900℃左右时氧化铁皮产生量的4倍;因此铸坯在1 000℃以上的高温段停留时间越长，铸坯的氧化越严重。3#、4#连铸机的钢水是由新投产的3#、4#转炉供应的，由于转炉终点温度控制不得当，供应3#、4#连铸机的钢水温度偏上限，向连铸机中包内加冷料调节温度有限，造成中包钢水过热度偏高，这也是造成3#、4#连铸机铸坯产生氧化铁皮偏高的原因之一。

2.3 二次冷却水温度对铸坯氧化铁皮的影响

3#、4#连铸机连铸生产时二次冷却水的温度偏高，达不到正常冷却效果，造成铸坯温度偏高，特别在夏季连铸生产时，由于综合水泵站凉水塔冷却能力不足，连铸二次冷却水的进水温度甚至超过了40℃，回水温度超过了48℃，严重影响了铸坯的冷却效果。

图1 铸坯氧化铁皮产生量随铸坯温度变化趋势图

2.4 钢水成分对铸坯产生氧化铁皮的影响

连铸生产实践表明，在同一钢种中，碳、硅、锰等元素含量相对高的氧化铁皮的生成量也会减少一些，因为钢中碳与空气中的氧结合生成一氧化碳，起着阻止氧在铸坯进一步扩散作用;另外，硅、锰元素含量高氧化铁皮剥离性差，因此铸坯的氧化铁皮生成量相对较少。

3 降低铸坯产生氧化铁皮量的措施

(1)通过在综合水泵站新增加一座连铸浊环水冷却塔，增加连铸浊环回水的降温面积，降低连铸二冷水的温度，保证使连铸在夏季生产时二冷水进水温度不大于35℃。

(2)改造连铸二冷区水条，按由强到弱的原则增加连铸二冷水条喷淋水嘴的个数，提高连铸二次冷却水的流量，同时改进喷淋水嘴质量，提高连铸二冷水雾化效果，从而加大冷却强度，达到由强到弱均匀喷水冷却的效果。

(3)加强对3#、4#连铸机二冷区托辊及水条的维护，使连铸生产时喷淋水与铸坯对中，保证铸坯冷却均匀，避免铸坯表面局部回温过快。

(4)加强连铸二冷水总管过滤网的检查清洗，保证二冷水水质，并且每周对各流二冷水条的喷嘴反冲清洗，在连铸生产时，保证铸坯表面回温均匀，避免出现因水嘴堵塞造成铸坯冷却不均匀的现象。

(5)通过控制3#、4#转炉的终点温度及在氩站平台向钢水包中加冷料、吹氩搅拌等手段控制高温钢的产生，减少为3#、4#连铸机供应的钢水的过热度波动过大，从而避免因钢水过热度过高造成铸坯回温过高。

(6)严格控制转炉供应连铸的钢水成分，转炉冶炼操作时，在保证钢水质量、降低成本的前提下，最大限度地提高钢水的碳成分，降低铸坯的氧化铁皮生成量。

4 优化后的效果

经过两年不断优化连铸生产操作条件，使3#、4#连铸机铸坯氧化铁皮的生成量由原来的4.5‰降低到2.5‰，大幅度提高了连铸钢水回收率，3#、4#连铸机年产铸坯按250万t计、钢坯价格按2 100元/t计，每年将降低生产成本约1 050万元(2 100元/t×2 500 000t×2‰=1 050万元)，取得了较高的经济效益。

5 结语

图2 氧化铁皮逐年下降示意图

实践证明，在连铸实际生产过程中，连铸坯产生氧化铁皮是不可避免的，但是通过一定的技术手段铸坯氧化铁皮生成量是可以控制的。西林钢铁公司炼钢总厂的3#、4#连铸机结合自身工艺及设备条件，不断完善优化连铸操作制度，大幅度降低了铸坯氧化铁皮生成量，在为后道轧钢工序提供优质铸坯的同时，也降低了自身生产成本，为企业开展的提质降耗活动做出了贡献。

［1］彭华刚.连铸氧化铁皮生成过多的成因分析［J］.钢铁研究，2010.10