鞍鋼集團本鋼股份有限公司煉鋼廠2#板坯連鑄機，投產(chǎn)于2000年，是由奧鋼聯(lián)（VAI）設計的直弧型、連續(xù)彎曲、連續(xù)矯直、小輥徑密排輥的連鑄機，設計能力為175萬t/a。主要生產(chǎn)鋼種包括汽車板、管線鋼、高強結(jié)構(gòu)鋼、耐候鋼等。自投產(chǎn)以來，在生產(chǎn)包晶鋼時，結(jié)晶器液面頻繁出現(xiàn)波動問題，極大地限制了拉速的提高，且因結(jié)晶器振動采用早期機械振動式構(gòu)造，振痕較深，極易引起鑄坯坯殼的卷渣，從而導致鑄坯在后序冷、熱軋工序生產(chǎn)時出現(xiàn)軋材夾雜缺陷，影響了軋材的表面質(zhì)量[1]。

為了進一步提高板坯質(zhì)量，滿足高效連鑄的生產(chǎn)條件，力爭生產(chǎn)無缺陷鑄坯，2015年8月、2018年8月，分別對2#連鑄機的鑄流控流系統(tǒng)、連鑄機本體進行了設備及技術(shù)升級改造，改造的主要目標如下：

（1）解決包晶鋼結(jié)晶器液面波動問題；

（2）提高汽車鋼、高強鋼等鋼卷的產(chǎn)品質(zhì)量；

（3）降低鑄坯角部缺陷率，提高鑄坯熱過率。

為了完成上述目標，本次升級改造項目中，采用的主要技術(shù)有：滑板改塞棒控流系統(tǒng)、倒角結(jié)晶器技術(shù)、結(jié)晶器在線液壓調(diào)寬、結(jié)晶器液壓振動、扇形段輥列優(yōu)化設計、二冷水分區(qū)動態(tài)配水模型優(yōu)化等。在改造過程中，由中冶京誠工程技術(shù)有限公司提供并安排塞棒控流系統(tǒng)，以及扇形段輥列設計方案；西峽龍成特種材料有限公司提供倒角結(jié)晶器相關(guān)技術(shù)服務。2015年8月對塞棒控流系統(tǒng)進行改造，2018年8月對結(jié)晶器振動、輥列設計等本體設備進行升級改造。并于2018–08–24一次熱負荷生產(chǎn)成功，同年9月完成項目功能考核。

1. 技術(shù)改造概況

1.1 連鑄機技術(shù)參數(shù)

升級改造的主要工藝參數(shù)變化如表1所示。

1.2 新技術(shù)的主要特點

1.2.1 結(jié)晶器液壓振動

連鑄機結(jié)晶器振動的主要功能是防止鑄坯出結(jié)晶器時與結(jié)晶器器壁發(fā)生粘連。傳統(tǒng)機械振動技術(shù)，只能采用固定振幅、固定波形的振動參數(shù)，而結(jié)晶器液壓振動可以在線調(diào)整振幅、振頻，根據(jù)工藝條件的要求任意改變振動波形，實現(xiàn)正弦或非正弦振動。

鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)量規(guī)模，很大程度上取決于連鑄機穩(wěn)定的拉速。連鑄機未改造前，結(jié)晶器采用機械振動技術(shù)，在高拉速運行或是高拉速向低拉速轉(zhuǎn)換時，很容易出現(xiàn)振動失真，這對鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)初生坯殼的形成是很不利的，極易造成鑄坯夾渣甚至斷渣，嚴重時造成漏鋼。此外，偏振是機械振動結(jié)晶器很易發(fā)生且又非常危險的機械故障，一旦發(fā)生偏振，如果不及時發(fā)現(xiàn)，就會發(fā)生漏鋼事故，對生產(chǎn)造成很大影響[2]。

改造后的液壓振動，采用的是高可靠性和抗干擾能力的PLC控制，可以保證長期穩(wěn)定的振動波形，不會發(fā)生因機械磨損等因素造成的偏振問題。而且液壓振動具有可改變振動曲線的新技術(shù)，可以根據(jù)鋼種特性，改變振動波形，因此可以實時改變鑄坯表面與結(jié)晶器銅壁的接觸狀態(tài)，從而提高鑄坯表面質(zhì)量，并且減少粘結(jié)漏鋼的概率，增加澆鑄安全性。表2為液壓振動主要技術(shù)參數(shù)。

1.2.2 塞棒控流系統(tǒng)

連鑄機在實現(xiàn)連續(xù)澆注的功能時，需要保證中間包的鋼水能夠穩(wěn)定地流入結(jié)晶器內(nèi)，而中間包控流系統(tǒng)是實現(xiàn)這一功能的最重要的一環(huán)。目前國內(nèi)連鑄機中間包控流系統(tǒng)主要有塞棒控流和滑板控流2種方式。

研究表明，相較于滑板控流系統(tǒng)，采用塞棒單獨控流方式，可以消除因滑板單向控流造成的水口結(jié)瘤問題，提高連澆爐數(shù)。而取消滑板控流系統(tǒng)，也減少了一套控制機構(gòu)，降低了因機械、電器、液壓等影響造成機構(gòu)失靈的概率，從而降低事故發(fā)生率[3]。同時，采取塞棒單獨控流，可以減少因滑板控流造成的偏流，利于鋼水夾雜物的上浮。塞棒控流系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)如下。

數(shù)量：每個中間罐2套系統(tǒng)；

形式：液壓缸驅(qū)動，結(jié)晶器液面自動控制；

提升行程：–30~70 mm；

液面精度：±2 mm；

自動開澆成功率：≥98%。

1.2.3 倒角結(jié)晶器技術(shù)

結(jié)晶器是承接從中間包注入的鋼水，并使之凝固成鑄坯的設備。它是連鑄機最關(guān)鍵的部件，其結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和性能參數(shù)對鑄坯質(zhì)量和鑄機生產(chǎn)能力起著決定性作用。倒角結(jié)晶器與直角結(jié)晶器傳熱示意如圖1所示。傳統(tǒng)的直角結(jié)晶器的角部，屬于二維傳熱，受結(jié)晶器寬、窄側(cè)水量影響較大，角部橫裂紋產(chǎn)生幾率高，鑄坯在軋鋼過程中，極易出現(xiàn)邊部折疊缺陷引起軋材角部缺陷。此外，直角結(jié)構(gòu)的結(jié)晶器，其窄側(cè)導向裝置結(jié)構(gòu)不能靈活調(diào)整，結(jié)構(gòu)局限大，不能對鑄坯起到良好的支撐。而倒角結(jié)晶器通過改變窄邊銅板的結(jié)構(gòu)，在窄邊銅板兩側(cè)各增加一個150°鈍角倒角，使原邊部直角位置的冷卻多了一個冷卻面，從而延緩鑄坯角部冷卻，分散低溫區(qū)，提高鑄坯角部溫度，避開700~900 ℃矯直脆性溫度區(qū)間[4]。窄面銅板結(jié)構(gòu)變化后在角部增加了冷卻通孔，在鑄坯同一橫截面上可以有效提高鑄坯溫度的均勻性。可使鑄坯的生長更加均勻，減少鑄坯出現(xiàn)角部缺陷的可能。因內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的變化，出坯后鑄坯角部棱角形狀改變，鑄坯角部由原來的直角結(jié)構(gòu)變?yōu)樾泵娼Y(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)的變化可降低鑄坯角部應力集中情況，有效改善或消除鑄坯角部橫裂[5]，軋鋼過程中邊部折疊的問題也迎刃而解。

1.2.4 液壓在線調(diào)寬

高效連鑄最為關(guān)注的是如何在高速、穩(wěn)定的環(huán)境下，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)鋼坯。為了適應不同品種、不同規(guī)格的需求，縮短停機周期，高效運行，成為各大工廠追求的技術(shù)目標，而在此需求下，結(jié)晶器在線調(diào)寬技術(shù)逐漸發(fā)展，目前已在國內(nèi)外大型鋼企中普通應用。

本鋼2#連鑄機最初設計時，采取的是傳統(tǒng)機械調(diào)寬，運行精度低，設備維護復雜。而改造成液壓調(diào)寬由于只有液壓缸、銅板兩個裝置，中間無間隙連接，維護簡單，且運行精度大幅提高。

1.2.5 輥列優(yōu)化設計

連鑄在生產(chǎn)包晶鋼時，結(jié)晶器液面極易出現(xiàn)周期性的波動。產(chǎn)生波動的主要原因為：鋼液在扇形段內(nèi)產(chǎn)生包晶相變反應L+δ→γ，使液芯發(fā)生約4%的體積收縮，扇形段內(nèi)鑄坯的液芯容積發(fā)生變化，造成結(jié)晶器液面出現(xiàn)波動[6]。包晶鋼在鑄坯鼓肚時產(chǎn)生泵吸效應，導致結(jié)晶器液面迅速下降，結(jié)晶器液面控制系統(tǒng)會向結(jié)晶器充填鋼水。同時隨拉坯進行，鼓肚區(qū)域到兩個輥子中間被壓縮，液相穴內(nèi)鋼水也向結(jié)晶器內(nèi)填充鋼水，使液面迅速上漲，使結(jié)晶器內(nèi)坯殼生長更不均勻。

改造前2#連鑄機足輥輥列與輥徑只有一種，隨著鑄坯澆注的進行，形成連續(xù)的變形。上述收縮、擠壓的過程每形成一次，就會擠壓鑄坯液芯向上運動一次，波動情況就會越來越劇烈。如此反復，形成共振效應，使結(jié)晶器液面波動加劇[7]。針對輥列單一的問題，升級改造中將結(jié)晶器足輥、0段輥徑、扇形段輥徑分別進行了優(yōu)化設計，具體技術(shù)參數(shù)變化如圖2所示。

2. 技術(shù)升級后的應用效果

2.1 結(jié)晶器液壓振動

結(jié)晶器采取液壓振動后，鑄坯表面質(zhì)量獲得了很大的提高。圖3為連鑄機改造前后同一鋼種規(guī)格，相同生產(chǎn)參數(shù)的鑄坯情況，從圖可知采用液壓振動生產(chǎn)的鑄坯，表面振痕平滑、清晰；而采用機械振動生產(chǎn)的鑄坯振痕紊亂，而且凸凹不平，其鑄坯皮下極易裹入保護渣，在熱軋軋制時易產(chǎn)生夾雜缺陷。

此外，統(tǒng)計采用液壓振動和機械振動生產(chǎn)的鑄坯，其在熱軋后的軋材的夾雜缺陷率前者為0.16%，而后者為0.28%。可見采用液壓振動后，能夠顯著降低鑄坯在熱軋的夾雜缺陷率。

2.2 塞棒控流系統(tǒng)

塞棒控流系統(tǒng)代替原有的滑板控流系統(tǒng)，結(jié)晶器液面更加平穩(wěn)。同時由于水口氬氣系統(tǒng)也一并升級更新，讓結(jié)晶器內(nèi)鋼水中的夾雜物上浮更加充分。圖4為改造前采用滑板控流系統(tǒng)，改造后采用塞棒控流系統(tǒng)生產(chǎn)的DQ1J超低碳鋼軋材試樣電鏡分析。

表3為圖4(a)的能譜結(jié)果，采用滑板控流系統(tǒng)生產(chǎn)的DQ1J超低碳鋼軋材表面存在片狀不規(guī)則溝狀及起皮狀，溝狀底部局部存在Na、Ca、F等化學成分，說明軋材缺陷點的表面及皮下，均有保護渣卷入的痕跡[8]。表4為圖4(b)的能譜結(jié)果，采用塞棒控流系統(tǒng)生產(chǎn)的DQ1J超低碳鋼軋材表面缺陷點成分主要為Al、O化合物，分析存在小簇狀Al2O3夾雜物，未發(fā)現(xiàn)之前的保護渣產(chǎn)物。說明采取塞棒控流后，中間包流場有了明顯的優(yōu)化效果，夾雜物被中包覆蓋劑捕獲、吸附的幾率增大，進而提高了鋼水的純凈度。

2.3 倒角結(jié)晶器技術(shù)

相關(guān)研究表明，在連鑄采取倒角結(jié)晶器技術(shù)后，在合適的拉速范圍下，鑄坯表面質(zhì)量將會有顯著的提升[9]。表5中統(tǒng)計了改造前后，低碳鋼、中碳鋼、低合金高強鋼、包晶鋼4個鋼類鑄坯熱送率情況，可知：改造后整體熱送率提升明顯，其中中碳鋼熱送率最為顯著，由之前的50%提升至91%；同時，采用倒角結(jié)晶器之后，鑄坯在熱軋軋制后，出現(xiàn)邊部翹皮的缺陷概率也大大降低，說明此項技術(shù)對改善鑄坯角部質(zhì)量，起到了積極作用。

2.4 液壓在線調(diào)寬

通過技術(shù)改造，使得連鑄機原有的機械調(diào)寬升級為液壓調(diào)寬，調(diào)寬精度及連續(xù)調(diào)寬次數(shù)均有了明顯的提高。配合倒角結(jié)晶器技術(shù)，對結(jié)晶器第一排足輥進行改進。且保證足輥斜面與結(jié)晶器銅板的接弧保持相對嚴格的精度（偏差小于1.5 mm）[10]，保證穩(wěn)定的調(diào)寬運行精度。穩(wěn)定的在線調(diào)寬技術(shù)，有利于優(yōu)化連澆爐次的品種結(jié)構(gòu)，減少更換中間包的頻次，從而減少非穩(wěn)態(tài)鑄坯的數(shù)量，提高鑄坯表面質(zhì)量。在線調(diào)寬效果見表6。

2.5 輥列優(yōu)化設計

通過輥列優(yōu)化設計后，跟蹤生產(chǎn)BG380CL、BG420CL及同類的包晶鋼，共計300爐次，波動發(fā)生的頻率由改造前的88%降低至改造后的5%，波動幅度也由改造前的±25 mm降低至改造后的±10 mm，基本解決了包晶鋼結(jié)晶器液面波動的問題，同時包晶鋼熱軋夾雜缺陷率也有改造前的3.8%降低至改造后的1.3%。

3. 結(jié)論

(1) 改造后的2#連鑄機，采用了液壓振動、倒角結(jié)晶器、塞棒控流等許多先進的工藝技術(shù)，對改善結(jié)晶器液面平穩(wěn)度、提高鑄坯熱過率、降低軋材缺陷率起到了積極的作用。

(2) 通過與中冶京誠工程技術(shù)有限公司、西峽龍成特種材料有限公司的合作，本鋼煉鋼廠自主完成了工藝技術(shù)的集成優(yōu)化，特別是結(jié)晶器液面控制系統(tǒng)、輥列優(yōu)化技術(shù)創(chuàng)新等技術(shù)的自主研發(fā)，實現(xiàn)了技術(shù)引進與創(chuàng)新的結(jié)合。

文章來源——金屬世界