鞍鋼集團本鋼股份有限公司煉鋼廠2#板坯連鑄機，投產于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。主要生產鋼種包括汽車板、管線鋼、高強結構鋼、耐候鋼等。自投產以來，在生產包晶鋼時，結晶器液面頻繁出現波動問題，極大地限制了拉速的提高，且因結晶器振動采用早期機械振動式構造，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、熱軋工序生產時出現軋材夾雜缺陷，影響了軋材的表面質量[1]。

為了進一步提高板坯質量，滿足高效連鑄的生產條件，力爭生產無缺陷鑄坯，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升級改造，改造的主要目標如下：

（1）解決包晶鋼結晶器液面波動問題；

（2）提高汽車鋼、高強鋼等鋼卷的產品質量；

（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，采用的主要技術有：滑板改塞棒控流系統(tǒng)、倒角結晶器技術、結晶器在線液壓調寬、結晶器液壓振動、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晶器相關技術服務。2015年8月對塞棒控流系統(tǒng)進行改造，2018年8月對結晶器振動、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成功，同年9月完成項目功能考核。

1. 技術改造概況

1.1 連鑄機技術參數

升級改造的主要工藝參數變化如表1所示。

1.2 新技術的主要特點

1.2.1 結晶器液壓振動

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

鋼鐵企業(yè)的產量規(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，結晶器采用機械振動技術，在高拉速運行或是高拉速向低拉速轉換時，很容易出現振動失真，這對鑄坯在結晶器內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，就會發(fā)生漏鋼事故，對生產造成很大影響[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，可以根據鋼種特性，改變振動波形，因此可以實時改變鑄坯表面與結晶器銅壁的接觸狀態(tài)，從而提高鑄坯表面質量，并且減少粘結漏鋼的概率，增加澆鑄安全性。表2為液壓振動主要技術參數。

1.2.2 塞棒控流系統(tǒng)

連鑄機在實現連續(xù)澆注的功能時，需要保證中間包的鋼水能夠穩(wěn)定地流入結晶器內，而中間包控流系統(tǒng)是實現這一功能的最重要的一環(huán)。目前國內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瘤問題，提高連澆爐數。而取消滑板控流系統(tǒng)，也減少了一套控制機構，降低了因機械、電器、液壓等影響造成機構失靈的概率，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)的主要技術參數如下。

數量：每個中間罐2套系統(tǒng)；

形式：液壓缸驅動，結晶器液面自動控制；

提升行程：–30~70 mm；

液面精度：±2 mm；

自動開澆成功率：≥98%。

1.2.3 倒角結晶器技術

結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。它是連鑄機最關鍵的部件，其結構、材質和性能參數對鑄坯質量和鑄機生產能力起著決定性作用。倒角結晶器與直角結晶器傳熱示意如圖1所示。傳統(tǒng)的直角結晶器的角部，屬于二維傳熱，受結晶器寬、窄側水量影響較大，角部橫裂紋產生幾率高，鑄坯在軋鋼過程中，極易出現邊部折疊缺陷引起軋材角部缺陷。此外，直角結構的結晶器，其窄側導向裝置結構不能靈活調整，結構局限大，不能對鑄坯起到良好的支撐。而倒角結晶器通過改變窄邊銅板的結構，在窄邊銅板兩側各增加一個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]。窄面銅板結構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，減少鑄坯出現角部缺陷的可能。因內腔結構的變化，出坯后鑄坯角部棱角形狀改變，鑄坯角部由原來的直角結構變?yōu)樾泵娼Y構，這一結構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 液壓在線調寬

高效連鑄最為關注的是如何在高速、穩(wěn)定的環(huán)境下，生產出優(yōu)質鋼坯。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目標，而在此需求下，結晶器在線調寬技術逐漸發(fā)展，目前已在國內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)機械調寬，運行精度低，設備維護復雜。而改造成液壓調寬由于只有液壓缸、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

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

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，具體技術參數變化如圖2所示。

2. 技術升級后的應用效果

2.1 結晶器液壓振動

結晶器采取液壓振動后，鑄坯表面質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，相同生產參數的鑄坯情況，從圖可知采用液壓振動生產的鑄坯，表面振痕平滑、清晰；而采用機械振動生產的鑄坯振痕紊亂，而且凸凹不平，其鑄坯皮下極易裹入保護渣，在熱軋軋制時易產生夾雜缺陷。

此外，統(tǒng)計采用液壓振動和機械振動生產的鑄坯，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，讓結晶器內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)生產的DQ1J超低碳鋼軋材試樣電鏡分析。

表3為圖4(a)的能譜結果，采用滑板控流系統(tǒng)生產的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)的能譜結果，采用塞棒控流系統(tǒng)生產的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)現之前的保護渣產物。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 倒角結晶器技術

相關研究表明，在連鑄采取倒角結晶器技術后，在合適的拉速范圍下，鑄坯表面質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，采用倒角結晶器之后，鑄坯在熱軋軋制后，出現邊部翹皮的缺陷概率也大大降低，說明此項技術對改善鑄坯角部質量，起到了積極作用。

2.4 液壓在線調寬

通過技術改造，使得連鑄機原有的機械調寬升級為液壓調寬，調寬精度及連續(xù)調寬次數均有了明顯的提高。配合倒角結晶器技術，對結晶器第一排足輥進行改進。且保證足輥斜面與結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)定的調寬運行精度。穩(wěn)定的在線調寬技術，有利于優(yōu)化連澆爐次的品種結構，減少更換中間包的頻次，從而減少非穩(wěn)態(tài)鑄坯的數量，提高鑄坯表面質量。在線調寬效果見表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. 結論

(1) 改造后的2#連鑄機，采用了液壓振動、倒角結晶器、塞棒控流等許多先進的工藝技術，對改善結晶器液面平穩(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的集成優(yōu)化，特別是結晶器液面控制系統(tǒng)、輥列優(yōu)化技術創(chuàng)新等技術的自主研發(fā)，實現了技術引進與創(chuàng)新的結合。

文章來源——金屬世界