天铁炼钢厂圆坯质量的提高

杨文军，李晓平

（天津天铁冶金集团有限公司炼钢厂，河北056404）

0 引言

天铁公司炼钢厂圆坯连铸机自建成投产以来，陆续出现了表面裂纹、气泡、夹杂、弯曲、椭圆度超标等质量缺陷，仅气孔废品经修磨精整后仍有相当一部分铸坯因修磨深度超标而报废。在雨季气孔缺陷最严重时，修磨后报废比例高达80%以上，单批次产品最大报废量超过300 t，致使劳动强度急剧上升。裂纹严重引起漏钢后，钢水单耗成本随之增加，铸机作业率偏低，对标时发现这些指标与同行相比差距很大。因而在炼钢厂开展了提质降耗攻关活动，以控制圆坯质量缺陷，提高圆坯质量合格率。

1 圆坯连铸机工艺参数

工艺路线：转炉钢水→LF 精炼炉→连铸；

转炉公称容量：45 t；

机型：一机五流，多点矫直弧型连铸机；

断面：Ф150 mm，Ф180 mm，Ф210 mm；

定尺长度：6～10 m；

铸机弧形半径：9 m；

冶金长度：24 m；

流间距：1 300 mm；

结晶器类型：管式弧形结晶器安装外置式电磁搅拌及液面检测装置；

铜管：长850 mm 内表面镀铬，磷脱氧铜；

振动：无干扰复式全板簧振动；

振幅：0～6 mm（连续可调）；

振频：50～274 次/min（变频调速）；

中间包容量：24～28 t T 形（含挡渣墙）。

2 原因分析

2.1 钢水成分对圆坯质量的影响

（1）P＞0.017%，钢的高温强度和塑性显著降低；S＞0.015%，造成钢的热脆，钢的高温强度和塑性大大降低，低熔点Fe-FeS 共晶体（熔点985 ℃）成网状分布于晶界处，造成晶界的破裂,成为裂纹起源。若钢水中Pb、As 等微量元素超标也会增加裂纹敏感性[1]。

（2）当钢液中[O]＞（100～150）×10-6、[N]＞（120～150）×10-6或[H]＞（6～8）×10-6时，则钢在凝固过程中极可能产生气孔[1]。经我厂技术人员实际测定，LF 炉处理后，钢中[O]含量为（20～40）×10-6、[N]含量为（50～80）×10-6，且连铸结晶器保护渣中水分含量均在0.5%以下，由此排除了以上可能导致铸坯产生表面气孔的原因。

后来我厂购进了专用定氢设备，对转炉出钢后和LF 炉精炼后钢液中的[H]含量进行了测定，85%以上炉次[H]含量都超过6×10-6，由此确定钢液中[H]含量过高是导致圆管坯产生表面气孔质量缺陷的根本原因。

我厂所炼圆坯钢种全部经过LF 炉精炼，出钢时在钢包内加入合成渣及白灰进行渣洗脱氧脱硫工艺，为精炼造白渣创造条件。排查工序操作发现在空气中放置两天的精炼白灰吸水量可高达18%以上，致使出钢时加入造渣物料的炉次和不加的炉次相比，钢水[H]含量相差2×10-6～4×10-6。

（3）另外钢中氧、铝含量高，容易造成钢水发粘、流动性差，中间包水口结瘤，结晶器液面上下波动频繁，会使结晶器弯月面处坯壳薄厚不均匀，进而产生裂纹、夹渣和椭圆度超标等缺陷，见图1。

2.2 结晶器对圆坯质量的影响

（1）结晶器内部存在0.7～1.2 MPa 的水压，密封结构的合理性对于结晶器使用中的安全性及保证生产顺利进行至关重要[2]。我厂椭圆度超标在更换结晶器后废品情况明显减轻。下线拆检后发现结晶器铜管过烧，其密封结构不合理，内水套与外水套分水腔处密封不严密，水缝不均匀。

（2）结晶器振幅大、偏摆严重时也会使弯月面处钢液波动程度大，易发生铸坯裂纹。振动参数实测：北侧/南侧振幅均为±4.5 mm，偏摆分别为0.10 mm/0.06 mm，均在正常范围。但是在平稳性测评时发现保护渣和捞出来的渣球散落到振动板簧上，导致振动有卡阻。

（3）连铸机采用了结晶器电磁搅拌，在电磁力作用下，钢水旋转促使气体和夹杂物向中心集中上浮，提高了表面和皮下清洁度[2]。但是我厂生产过程中发现电磁搅拌漏水时圆坯废品率偏高，在维修电磁搅拌时调小了电流强度，结晶器液面卷渣出现结疤废品的频次减少。

（4）开浇操作不熟练，手动时间长。因人员老化调岗、分流频繁，开浇操作时新手不熟练，为控制结晶器液面，手动起步时间长，对30 个流次开浇操作进行了跟踪统计，情况如表1 所示。

表1 开浇统计表

2.3 保护渣对圆坯质量的影响

图2 为φ210 mm 断面圆坯表面质量与保护渣熔化温度、熔化速度的关系[3]。由图2（a）可见，对于φ210 mm 断面的圆坯，当熔化温度在1 130～1 230℃时，铸坯表面质量较好。熔化温度＞1 230 ℃或＜1 130 ℃时，铸坯易产生表面纵裂。要防止纵裂的发生，就要将φ210 mm 断面保护渣的熔化温度控制在1 150 ℃左右。

由图2（b）可见，当保护渣熔速大于50 s 时，圆坯易发生纵裂，保护渣熔速在40～50 s 范围内，铸坯的表面质量较好。

图1 圆坯裂纹同钢水Al 含量点阵图

2.4 耐材对圆坯质量的影响

（1）水口浸入深度会改变结晶器内流场见图3。水口插入过深，会使杂质、气泡上浮慢；过浅易造成结晶器内液面翻腾，破坏保护渣三层结构，影响保护渣作用的正常发挥，导致润滑、传热不良，增大拉钢过程中的拉应力。加上电磁搅拌漏水或冷却不均，频繁出现漏钢、纵裂。

图2 保护渣熔化温度和熔化速度与表面裂纹关系图

图3 结晶器内流场分布图

（2）中间包烘烤时间过长，包盖打结料掉落，包底涂抹偏厚，高于水口顶部，打结料在上水口碗部聚集，阻碍塞棒下移，塞棒被氧化掉块，与浸入式水口咬合不严密，结晶器液面波动超过要求，造成钢液出现偏流，使坯壳厚度不均匀从而产生废品。

（3）因水口烘烤不良、浇钢时间长，水口崩裂或渣线部位穿孔，引起结晶器液面不稳，造成铸坯表面渣坑和裂纹。

3 控制措施

（1）对转炉进行了复吹改造，改造后炉内搅拌充分，吹炼终点碳氧积降低，同时调整转炉出钢脱氧剂加入种类及加入量。

（2）规范LF 炉精炼过程各阶段底吹供氩强度。钢水软吹10 min，镇静5 min，精炼后喂硅钙线，若碳含量偏低，喂铝线。

（3）入炉原料在入炉前先进行水分检测和温火烘烤，去除内部的水汽，降低钢水中[H]含量。

（4）改造结晶器，水套、铜管之间安装8 个×2 组计16 个锁紧螺钉以调整固定水缝。利用0 型密封圈不受外力的特点，密封内水套与外水套的分水腔处、液位检测装置及喷淋水管。上、下法兰采用康卡斯特和达涅利结构形式密封。

（5）将结晶器使用寿命控制在1 000 t 左右，到期就更换。适当地降低结晶器水量，以抑制坯壳过早收缩，减轻初生坯壳收到的应力，使铸坯凹陷得到有效改善。

（6）采用多点矫直技术，选择辊型最佳的辊子，并根据生产情况随时调整拉矫压力。将压痕控制在1 mm 以下，铸坯矫直时延伸率控制在0.15%以下。

（7）同时调整结晶器保护渣，使液渣层厚度在8~10 mm，液渣消耗均匀。依据保护渣熔化温度和熔化速度对裂纹的影响确定φ210 mm 断面选用B 厂调整成分后的YD-6#保护渣；φ150 mm 断面选用B厂调整成分后的YX-1#保护渣。

（8）及时更换、清理、维护包盖，严格控制包底涂抹厚度，避免了杂物聚集在水口碗部。联系厂家进行座砖、水口改型，加高座砖，延长水口（见图4）。

（9）安装水口在结晶器上方或对中台进行，中间包烘烤前与开浇前再次检验对中情况，防止因中间包车行走偏移造成对中不良。同时改进水口烘烤装置，水口外包裹加厚纤维毡，提高保温效果，浇钢过程中变换渣线位置浇钢，浸入深度按120~150 mm 控制。

图4 中包座砖、水口改造前后对比图

4 结语

经过上述一系列措施的实施，圆坯的质量合格率由91.2%提高到98.4%，铸机作业率上升2%。转炉复吹改造后，提高了吹炼过程反应速度，熔池搅拌更加均匀，吨钢石灰消耗量明显降低，钢铁料消耗平均比单一顶吹转炉减少4 kg/t 钢。同时，废品量的下降降低了钢坯精整工的劳动强度，获得了较好的经济效益。