摘  要：為提升異型鋼鑄坯質(zhì)量，萊鋼煉鋼廠通過原料低硫控制技術(shù)、連鑄結(jié)晶器工藝優(yōu)化等技術(shù)研究與創(chuàng)新，開發(fā)出供異型鋼高裂紋敏感鑄坯質(zhì)量控制研究工藝。該工藝開發(fā)與應(yīng)用，實現(xiàn)異型鋼鑄坯質(zhì)量本質(zhì)化穩(wěn)定，而且生產(chǎn)成本和工序能耗得到有效降低。
關(guān)鍵詞：高裂紋敏感鑄坯   結(jié)晶器

Research and Practice on quality control of high crack sensitive billet for special-shaped steel
Zhang Xuemin, Li Changxin
(Shandong Iron and Steel Group Research Institute Shandong Jinan 250101)
Abstract: in order to improve the quality of special-shaped steel billets, the research and innovation of low sulfur control technology of raw materials and continuous casting mold process optimization were carried out in Laigang steelmaking plant. The development and application of this technology can realize the stable quality of special-shaped steel billet, and reduce the production cost and process energy consumption effectively.
Key words: high crack sensitive billet mould

1  前言
山鋼股份萊蕪分公司異型鋼生產(chǎn)線的投產(chǎn)，標(biāo)志著萊鋼型鋼產(chǎn)線實現(xiàn)型鋼產(chǎn)品規(guī)格全覆蓋，大幅提升了萊鋼型鋼產(chǎn)品競爭力，但由于異型鋼軋制工藝與常規(guī)軋制不同，易出現(xiàn)軋制裂紋及軋材性能不達標(biāo)現(xiàn)象，而且萊鋼異型鋼鑄坯由原中型型鋼線生產(chǎn)，由于原煉鋼工序設(shè)備工藝落后，鑄坯質(zhì)量穩(wěn)定性差，導(dǎo)致異型鋼產(chǎn)品性能及產(chǎn)品表面質(zhì)量波動；優(yōu)化及提升煉鋼工序控制水平是異型鋼鑄坯質(zhì)量提升關(guān)鍵，對穩(wěn)定異型鋼產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)萊鋼精品強企戰(zhàn)略意義重大。
1.1  生產(chǎn)線主要概況
主要流程：噴鎂脫硫——頂(復(fù))吹轉(zhuǎn)爐——LF（吹氬）——連鑄機

1.2存在的主要問題
異型鋼鋼種成分硫、磷含量較原生產(chǎn)線生產(chǎn)常規(guī)鋼種低，煉鋼工序為保證產(chǎn)品成分達標(biāo)，采用延長后吹等措施進行調(diào)整，導(dǎo)致鑄坯成分穩(wěn)定性差、氧含量高；由于鑄機設(shè)備工藝參數(shù)及澆注工藝與鋼種需求匹配性差，導(dǎo)致鑄坯表面及內(nèi)部質(zhì)量較差，影響軋材質(zhì)量提升。
2 入爐原料低硫控制技術(shù)
硫在鋼中偏析嚴(yán)重，它以熔點較低的FeS形式存在，單獨存在的FeS的熔點只有1190℃，而在鋼中與鐵形成共晶體的共晶溫度更低，只有988℃，當(dāng)鋼凝固時，硫化鐵析集在原生晶界處，是鑄坯出現(xiàn)表面裂紋的主要原因之一。而且在1100～1200℃進行軋制時，晶界上的FeS就將熔化，大大的削弱了晶粒之間的結(jié)合力，導(dǎo)致鋼的熱脆現(xiàn)象，因此對硫應(yīng)嚴(yán)加控制。
2.1脫硫站吹氣趕渣技術(shù)
在鐵水脫硫處理后，在扒渣工位將鐵水包頂起，然后利用機械裝置將吹氣趕渣槍放入鐵水包內(nèi)，利用槍內(nèi)噴出氣體的涌動作用將鐵水渣聚集在鐵水包的下半圓，然后集中對下半圓進行扒渣處理，提高鐵水扒渣效果，減少冶煉過程回硫量（圖2）。

2.2混鐵爐爐渣控硫技術(shù)
由于老區(qū)鐵水脫硫設(shè)備及工藝落后，鐵水硫含量穩(wěn)定性不高，經(jīng)常出現(xiàn)轉(zhuǎn)爐入爐鐵水硫含量上限爐次，若鐵水帶渣量超標(biāo)，轉(zhuǎn)爐在冶煉過程中，鐵水渣回硫量大，會導(dǎo)致終點鋼水硫含量上限或超標(biāo)，影響鑄坯質(zhì)量穩(wěn)定，通過在混鐵爐實施爐渣控硫技術(shù)，可避免鐵水渣回硫情況出現(xiàn)，技術(shù)要點如下：根據(jù)冶煉鋼種硫含量設(shè)定混鐵爐控硫值，鐵水硫含量值到達控硫值（表1），通過混鐵爐調(diào)溫等措施將鐵水渣進行固化，減少鐵水包鐵水帶渣量，杜絕轉(zhuǎn)爐冶煉過程回硫量大的情況出現(xiàn)，當(dāng)混鐵爐硫含量達到解除固渣硫含量值時，通過提高混鐵爐爐溫等方式，將混鐵爐爐渣融化并及時排除，避免混鐵爐積渣過量影響正常運行。
 
表1混鐵爐固渣工藝參數(shù)表

鋼中硫含量要求，%	固渣硫含量值，%	混鐵爐固渣爐溫控制值，%	解除固渣硫含量值	混鐵爐解除固渣爐溫控制值，%
0.04	0.035	1260	0.03	1280
0.035	0.03	1250	0.025	1280
0.03	0.025	1240	0.02	1280

 
2.3廢鋼精細化控制
由于各類廢鋼硫含量及夾雜不同，會對轉(zhuǎn)爐操作造成一定影響，特別是化工類廢鋼及高硫廢鋼，加入轉(zhuǎn)爐內(nèi)會導(dǎo)致轉(zhuǎn)爐終點鋼水硫含量超標(biāo)，對生產(chǎn)穩(wěn)定和鑄坯質(zhì)量影響較大。為穩(wěn)定轉(zhuǎn)爐操作和提高鑄坯質(zhì)量，煉鋼廠在國內(nèi)率先進行了高標(biāo)準(zhǔn)的廢鋼分類存在及計量改造，實現(xiàn)入爐廢鋼數(shù)量及結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)控制，避免因廢鋼影響轉(zhuǎn)爐終點硫含量情況出現(xiàn)。

3連鑄結(jié)晶器工藝優(yōu)化
3.1倒角結(jié)晶器工藝
鑄坯坯殼不均勻容易引起凹陷和縱裂，鑄坯中間縱裂主要是坯殼不均勻和水口處的保護渣熔化和下滑不良，使坯殼溫度增高所致，直角結(jié)晶器由于鑄坯角部與其他位置冷卻值不同，是導(dǎo)致鑄坯坯殼不均勻的主要原因，而且鋼水在結(jié)晶器角部易產(chǎn)生流場死角，成為夾雜的聚集地中，影響鑄坯質(zhì)量穩(wěn)定性。通過設(shè)計采用倒角結(jié)晶器較好解決以上問題，計算出各種角度時倒角板坯角部溫度變化情況如表2和圖4 所示；由此可見，倒角30°時能夠較好地滿足既要提高角部溫度避開低塑性區(qū)，又要防止角部溫度高導(dǎo)致縱裂紋漏鋼的要求。
表2   各種倒角角度的板坯角部溫度變化情況

位置	0°	22°	30°	45°
結(jié)晶器出口處角部溫度(℃)	984	1147	1206	1271.7
離彎月面3m處角部溫度(℃)	768	888	965	1027

在4號鑄機240 mm×375mm斷面上進行倒角結(jié)晶器試驗，總共5爐含釩、硼元素低合金鋼。在線觀察熱坯表面質(zhì)量，未見異常；冷坯清理，發(fā)現(xiàn)1支鑄坯存在皮下裂紋，皮下裂紋率3.2%。對鑄坯角部進行火焰抽查，未見裂紋及其他缺陷，鑄坯表面原始合格率96.77%。
3.2開發(fā)“緩冷型”低耗量保護渣
根據(jù)異型鋼鋼種成分設(shè)計存在兩大特點： [C]含量處于亞包晶區(qū)，鑄坯凝固收縮量大；微合金元素種類多，含有釩、鈮、硼等裂紋敏感性強元素。鋼種發(fā)生包晶反應(yīng)時，鑄坯收縮量大，保護渣液渣的流人易出現(xiàn)溝槽，致使凝固收縮和傳熱不均，加上釩、鈮、硼等裂紋敏感性強元素作用，從而容易導(dǎo)致鑄坯表面的微裂紋產(chǎn)生。為避免產(chǎn)生皮下裂紋，保護渣設(shè)計的重點應(yīng)放在控制從鑄坯傳往結(jié)晶器的熱流，限制結(jié)晶器熱通量，提高液渣流入均勻性。
 “緩冷型”低耗量保護渣優(yōu)化如下：高堿度，保護渣的堿度越高，凝固溫度、析晶溫度就越高，提高渣析晶比率和固渣膜的厚度，增加鑄坯和銅管壁之間的熱阻，使保護渣傳熱速度減緩。合適的粘度，結(jié)晶器保護渣渣膜的厚度和均勻性與粘度有很大的關(guān)系，粘度過低會使渣膜增厚，且不均勻，鑄坯由于冷卻的不均勻，易產(chǎn)生裂紋，粘度過高，又會使液渣流人困難，渣膜變薄，渣的流動性能變差。
原Q390P鋼種保護渣化學(xué)成分與理化性能見表3：
 
表3保護渣化學(xué)成分與理化性能

SiO2	CaO	Al2O3	MgO	Fe2O3	TC	堿度	熔點(℃)	粘度（Pa.S）
29.49	27.63	9.84	2.02	2.69	14.28	0.94	1210	0.75

“緩冷型”低耗量保護渣化學(xué)成分與理化性能見表4：
表4保護渣化學(xué)成分與理化性能

SiO2	CaO	Al2O3	MgO	Na2O	TC	堿度	熔點(℃)	粘度（Pa.S）
29.70	38.70	6.80	1.80	2.30	13.70	1.30	1190	0.55

 
3.3非連續(xù)式正反向結(jié)晶器電磁攪拌技術(shù)
為了研究不同結(jié)晶器電磁攪拌參數(shù)設(shè)置對鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的影響，對鑄坯進行取樣驗證，制定了試驗方案，試驗結(jié)果見表5、6。
表5向攪拌模式試驗結(jié)果統(tǒng)計

方案	電流/A	頻率/Hz	結(jié)晶器液面狀況	內(nèi)部質(zhì)量狀況	中心等軸晶率
方案1	200	2.0	無明顯變化，±3mm	無明顯變化	無明顯變化，22％
方案2	200	2.5	無明顯變化，±3mm	無明顯變化	無明顯變化，22％
方案3	200	3.0	無明顯變化，±3mm	無明顯變化	無明顯變化，22％
方案4	300	2.0	無明顯變化，±3mm	中間裂紋、中心裂紋 有所改善	有所改善，26％
方案5	300	2.5	無明顯變化，±3mm	中間裂紋、中心裂紋 有所改善	有所改善，24％
方案6	300	3.0	無明顯變化，±3mm	中間裂紋、中心裂紋 有所改善	有所改善，24％
方案7	400	2.0	液面波動變大，±4mm	無中間裂紋、中心裂紋	明顯改善，32％
方案8	400	2.5	無明顯變化，±3mm	無中間裂紋、中心裂紋	明顯改善，30％
方案9	400	3.0	無明顯變化，±3mm	無中間裂紋、中心裂紋	明顯改善，29％
方案10	500	2.0	液面波動變大，±6mm	無中間裂紋、中心裂紋	顯著提高，38％
方案11	500	2.5	液面波動變大，±5mm	無中間裂紋、中心裂紋	顯著提高，35％
方案12	500	3.0	液面波動變大，±5mm	無中間裂紋、中心裂紋	顯著提高，36％

表6反向攪拌模式試驗結(jié)果統(tǒng)計

方案	正轉(zhuǎn)、反 轉(zhuǎn)時間/s	間歇時 間/s	電流 /A	頻率 /Hz	結(jié)晶器液面 狀況	內(nèi)部質(zhì)量狀況	中心等 軸晶率
方案1	10	3	350	2.5	無明顯變化， ±3mm	無裂紋，邊部 輕微白亮帶	明顯改善， 34％
方案2	20	3	350	2.5	無明顯變化， ±3mm	無裂紋，邊部 輕微白亮帶	明顯改善， 36％
方案3	30	3	350	2.5	無明顯變化， ±3mm	無裂紋，邊部 輕微白亮帶	明顯改善， 35％
方案4	10	3	400	2.5	液面波動變大， ±5mm	無裂紋，邊部 較大白亮帶	顯著提高， 38％
方案5	20	3	400	2.5	液面波動變大， ±4mm	無裂紋，邊部 較大白亮帶	顯著提高， 37％
方案6	30	3	400	2.5	液面波動變大， ±4mm	無裂紋，邊部 較大白亮帶	顯著提高， 38％
方案7	10	3	450	2.5	液面波動明顯， ±6mm	無裂紋，邊部 白亮帶明顯	顯著提高， 40％
方案8	20	3	450	2.5	液面波動明顯， ±6mm	無裂紋，邊部 白亮帶明顯	顯著提高， 38％
方案9	30	3	450	2.5	液面波動明顯， ±6mm	無裂紋，邊部 白亮帶明顯	顯著提高， 39％

根據(jù)試驗結(jié)果，制定各斷面電磁攪拌參數(shù)設(shè)置見表7
表7器電磁攪拌參數(shù)設(shè)置

斷面	模式	正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)時間	間歇時間	電流	頻率
240*375斷面	正反向	20s	3s	350A	2.5Hz
275*380斷面	正反向	20s	3s	365A	2.5Hz
320*410斷面	正反向	20s	3s	390A	2.5Hz

3.4變振幅小負滑脫時間振動技術(shù)
在實際生產(chǎn)中，選擇振動參數(shù)時不僅要考慮鋼種和拉速，還應(yīng)考慮到保護渣的作用。特別是振幅、頻率及負滑脫比等參數(shù)，因為這些參數(shù)對保護渣的耗量和潤滑性能有較大影響。如果選擇不當(dāng)，使鑄坯產(chǎn)生大量缺陷，嚴(yán)重時引起漏鋼。
負滑脫時間對結(jié)晶器振動冶金效果的正負兩方面的影響效果，一方面負滑脫時間長有利于“壓合”效果以及使鑄坯表面的振痕變淺，另一方面保護渣沿坯殼與結(jié)晶器壁之間的滲入量則隨著負滑脫時間的增加而減少，不利于鑄坯潤滑和結(jié)晶器傳熱。對于包晶鋼等裂紋敏感性強的鋼種，對應(yīng)的負滑脫時間目標(biāo)值即應(yīng)取得相對小一些，以改善潤滑、傳熱條件。
新設(shè)計分階段恒振頻控制模型：
S＝C1+C2*Vc
f=C3+C4*Vc+C5*Vc/（2*S）
式中  S—振程，mm
      Vc—鑄坯拉速，m/min
      f—振動頻率，次/min
C1、C2、C3、C4、C5—系數(shù)
改造前傳統(tǒng)振動模型振動參數(shù)、改造后變振幅振動模型振動參數(shù)見表8、9

4 實施效果
4.1鑄坯成分均質(zhì)化得到有效提升，軋材質(zhì)量實現(xiàn)本質(zhì)化穩(wěn)定
鐵水吹氣趕渣、混鐵爐爐渣固化技術(shù)和入爐廢鋼精準(zhǔn)控制，入爐硫總量降低明顯，鋼水硫含量降低0.005%；實現(xiàn)鋼水成分精準(zhǔn)控制，鋼中碳、錳元素cpk分別提高0.47和0.46；出鋼紊流工藝和結(jié)晶器電磁攪拌技術(shù)實施，使鑄坯均質(zhì)化程度得到提升，鑄坯及軋材質(zhì)量得到有效提升。

4.2經(jīng)濟和社會效益顯著
異型鋼鑄坯質(zhì)量控制工藝實施，鋼水氧化性得到降低，脫氧劑及合金加入量減少，噸鋼成本降低1.74元/t鋼；鑄坯質(zhì)量本質(zhì)化穩(wěn)定，實現(xiàn)異型鋼批量生產(chǎn)，產(chǎn)能及品種創(chuàng)效能力明顯增強；實現(xiàn)高效低能耗冶煉，為企業(yè)綠色發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
 
參考文獻：
［1］  杜辰偉,蘭鵬,汪春雷,張家泉,等.微合金鋼連鑄坯表面裂紋敏感性預(yù)測模型［J］.中國冶金，China Metallurgy，2019年07期
［2］  劉軍.微合金鋼鑄坯角部橫裂紋控制技術(shù)的應(yīng)用［J］. 連鑄，Continuous Casting，2019年03期