1、2008年第1期二煉鋼技術(shù)改造專欄寶 鋼 技 術(shù)13寶鋼分公司4連鑄機(jī)提高板坯質(zhì)量的措施閻朝紅,王克勇,劉 涌22#(寶鋼分公司 1.硅鋼部;2.煉鋼廠,上海 200941)摘要:介紹寶鋼新建的4#板坯連鑄機(jī)為提高板坯內(nèi)部質(zhì)量和表面質(zhì)量,從設(shè)備、工藝以及管理方面采用的技術(shù)措施。在設(shè)備方面采用了小輥密排、分節(jié)輥布置、連續(xù)彎曲和連續(xù)矯直,輕壓下扇形段,結(jié)晶器液壓振動,結(jié)晶器電磁制動,高精度的結(jié)晶器液面控制,較長的鑄機(jī)垂直段,大包下渣檢測,大容量中間包及對中間包吹氬;在工藝方面采用先進(jìn)的一冷、二冷技術(shù),動態(tài)輕壓下;其他管理方面采用質(zhì)量管理和對鑄機(jī)進(jìn)行定期檢查維護(hù)等措施。關(guān)鍵詞:動態(tài)輕壓下;二冷技術(shù);

2、結(jié)晶器液壓振動;結(jié)晶器電磁制動中圖分類號:TF777.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B 文章編號:1008-0716(2008)01-0013-04MeasuresforBaosteelBranch.sNo.4ContinuousCastertoImproveSlabQualityYanChaohong,WangKeyong,LiuYong22(1.SiliconSteelDepartment;2.SteelmakingPlant,BaosteelBranch,Shanghai200941,China)Abstract:Sometechnicalmeasuresinequipment,processandm

3、anagementadoptedbythenewlybuiltBaosteelNo.4slabcontinuouscasterareintroducedforthepurposeofimprovingslab.sinternalandsurfacequality.Intermsofequipment,measurestakenincludesmallpitch,splitrol,lcontinuouslybendingandstraightening,softreductionsegments,mouldhydraulicoscillation,mouldelectromagneticbrak

4、es,finecontrolovermouldleve,llongerverticalsectionofthecaster,ladleslagdetection,bigconcavitytundishandtundishblow2argon.Intermsofprocess,meas2urestakenincludeadvancedmouldprimarycooling,secondarycoolinganddynamicsoftreduction.Intermsofman2agement,measurestakenarequalitymanagementandcastertestingand

5、maintenanceatregularintervals.Keywords:dynamicsoftreduction;secondarycooling;mouldhydraulicoscillation;mouldelectromagneticbrake#0 前言寶鋼新建的4板坯連鑄機(jī)于2006年年底投產(chǎn),主要為1880mm軋機(jī)供坯。4連鑄機(jī)生產(chǎn)的板坯規(guī)格是:厚度230mm,寬度9001750mm,長度900011000mm;產(chǎn)品范圍廣,五大品種為超低碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、專用鋼(高耐候性結(jié)構(gòu)鋼、汽車大梁用鋼、橋梁用結(jié)構(gòu)鋼、焊接結(jié)構(gòu)耐候鋼、高強(qiáng)度鋼)、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和碳素結(jié)構(gòu)鋼;最大工作拉速是

6、2.2m/min,是一臺高拉速連鑄機(jī)。部分產(chǎn)品對板坯內(nèi)部質(zhì)量(如中心偏析、內(nèi)裂)、表面質(zhì)量方面要求嚴(yán)格。#1 4板坯連鑄機(jī)先進(jìn)技術(shù)配置眾所周知,就連鑄機(jī)而言,要在高拉速下生產(chǎn)高質(zhì)量的板坯,要配置相應(yīng)的技術(shù),為此在4連鑄機(jī)上配置了許多世界先進(jìn)技術(shù)來滿足嚴(yán)格的質(zhì)量要求,其中包括:合理的輥列設(shè)計、動態(tài)凝固末期輕壓下技術(shù)、結(jié)晶器液壓振動技術(shù)、高精度的結(jié)晶器液面自動控制技術(shù)、結(jié)晶器電磁制動技術(shù)、噴淋寬度隨板坯寬度變化的氣霧二冷技術(shù)等,圖1所示是4板坯連鑄機(jī)配置的保證質(zhì)量的技術(shù)。2 改進(jìn)板坯內(nèi)部質(zhì)量的技術(shù)#4板坯連鑄機(jī)采用的改善內(nèi)部質(zhì)量技術(shù)主要從減少中心偏析和疏松、內(nèi)裂和夾雜物方面考慮。2.1 減少板坯中

7、心偏析和疏松的技術(shù)一般鋼種的連鑄板坯,一定程度的中心偏析對最終產(chǎn)品質(zhì)量的影響不太大,但對于一些管線#閻朝紅 高工 1970年生 1997年畢業(yè)于北京科技大學(xué)現(xiàn)從事硅鋼工藝技術(shù)研究 電話 26645905E2mail yanchbaostee.lcom14寶 鋼 技 術(shù)2008年第1期圖1 4板坯連鑄機(jī)采用的提高質(zhì)量的措施Fig.1 MeasurestoimproveslabqualityforNo.4continuouscaster#鋼、耐候鋼,中心偏析、中心疏松會嚴(yán)重影響鋼材的均勻性,引起沖擊性能波動,焊接結(jié)構(gòu)鋼的焊接性能降低等。因此,降低連鑄板坯中心偏析或半宏觀偏析是連鑄工藝中的一項重要技

8、術(shù)課題。由此產(chǎn)生了很多控制中心疏松與偏析的方法,比如:凝固末期輕壓下(SoftReduction簡稱SR)技術(shù)、小輥密排技術(shù)、凝固末期重壓下技術(shù)、可控制面壓縮技術(shù)、凝固末期連續(xù)鍛造技術(shù)、低溫澆注技術(shù)、電磁攪拌技術(shù)、凝固末期強(qiáng)冷技術(shù)等,其中,凝固末期輕壓下、小輥密排技術(shù)等在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。寶鋼4板坯連鑄機(jī)就采用了凝固末期動態(tài)輕壓下技術(shù)、小輥密排技術(shù),再配合合適的二冷技術(shù)以及輥?zhàn)訉χ星闆r的定期管理維護(hù),確保生產(chǎn)出高質(zhì)量的板坯。小輥密排是通過使用分節(jié)輥技術(shù),減小單個輥?zhàn)拥膿隙?減小輥徑,減小輥間距,最終減少鼓肚量。鼓肚量與輥間距的關(guān)系如公式(1)De41#凝固末期施加均勻外力,形成一定的壓下

9、量,補(bǔ)償凝固收縮,同時扇形段采用小輥密排、多分節(jié)輥,減少鼓肚,讓枝晶間富集溶質(zhì)的剩余液相仍保留在其原來的位置,而不流到最后凝固的中心部位,就可以很大程度地減輕甚至消除中心偏析和疏松。施加外力有兩種方法,其一是熱應(yīng)力,即采用末期強(qiáng)冷,在鄰近凝固末期的位置上,對鑄坯表面進(jìn)行高強(qiáng)度冷卻,致使凝固坯殼向內(nèi)收縮,產(chǎn)生與機(jī)械應(yīng)力壓下類似的作用。這種方法要受到鋼種和斷面的限制,對表面裂紋敏感的鋼不易使用,斷面較大時使用效果差。另一種方法是機(jī)械應(yīng)力,即凝固末期輕壓下、重壓下及連續(xù)鍛造,其中,凝固末期輕壓下應(yīng)用較多,并且越來越受到重視,最近幾年來新建的連鑄機(jī)幾乎全部采用了凝固末期輕壓下技術(shù)。圖2是寶鋼3連鑄機(jī)輕

10、壓下的效果圖。澆注條件和鋼種近似,圖2(a)采用輕壓下,低倍的結(jié)果很理想,根據(jù)曼內(nèi)斯曼的評級標(biāo)準(zhǔn)是10級,圖2(b)沒有采用輕壓下,成分的不均勻程度相對嚴(yán)重,根據(jù)曼內(nèi)斯曼的評級標(biāo)準(zhǔn)是30級。動態(tài)凝固末期輕壓下技術(shù)是在澆注中,根據(jù)不同的拉速、中間包過熱度、成分等條件實(shí)時計算固相率的位置,相應(yīng)地調(diào)整變化輕壓下的實(shí)施位置。在實(shí)際的生產(chǎn)中不可避免地會出現(xiàn)拉速波動,動態(tài)輕壓下就有較強(qiáng)的適應(yīng)性,但要實(shí)現(xiàn)動態(tài)輕壓下的控制模型和實(shí)際生產(chǎn)條件的匹配,要花費(fèi)一定的精力來進(jìn)行試驗驗證。2.2 減少內(nèi)部裂紋的技術(shù)在二冷區(qū)凝固過程中,帶液芯的坯殼受到各#所示。(1)式中,D為鼓肚量;P為鋼水靜壓力;l為輥間距;e為坯殼

11、厚度。從公式中可以看出,輥間距增加,鼓肚量呈4次方增加,小輥密排對減少鼓肚相當(dāng)有效。凝固末期輕壓下技術(shù)的原理:板坯中心偏析是凝固坯殼冷卻收縮或發(fā)生鼓肚,使坯中心處于兩相區(qū)(糊狀區(qū))枝晶間富集溶質(zhì)元素的剩余液相流到鑄坯的中心區(qū)域而形成的。因此,如果在閻朝紅等 寶鋼分公司4連鑄機(jī)提高板坯質(zhì)量的措施和寬度變化的均勻冷卻,減少了熱應(yīng)力。#15另外,為了維護(hù)鑄機(jī),4板坯連鑄機(jī)配置了機(jī)內(nèi)診斷儀,定期測量輥縫和輥?zhàn)拥膶χ星闆r,加強(qiáng)對鑄機(jī)狀況的管理,使連鑄機(jī)一直處于一種良好的狀態(tài),減少由于鑄機(jī)設(shè)備方面造成的質(zhì)量問題。2.3 減少夾雜物的技術(shù)夾雜物是鋼水中的非金屬元素S,O,N等在一定條件下與金屬元素作用形成的

12、硫化物、氧化物和氮化物等,呈一定規(guī)律分布在鑄坯內(nèi)。控制夾雜物首先是轉(zhuǎn)爐擋渣出鋼,根據(jù)不同鋼種采取不同的二次精煉處理,提高鋼水的純凈度,從鑄坯的源頭降低夾雜物含量,并且采用Ca處理等手段來改變夾雜物的形態(tài)。連鑄區(qū)域夾雜物控制主要從防止二次氧化、促進(jìn)夾雜物上浮方面著手。板坯斷面大,拉速高,通鋼量大,易卷渣,4板坯連鑄機(jī)采用的減少夾雜物的技術(shù)有大容量深液位中間包、較長的鑄機(jī)垂直段、全程保護(hù)澆注、大包下渣檢測、中間包開澆前吹氬和結(jié)晶器電磁制動等。2.3.1 大容量深液位中間包及較長的鑄機(jī)垂直段中間包正常容量7072,t水口周圍的液位超過1.2m,內(nèi)設(shè)擋渣墻、防濺桶,改善中間包鋼液的流動情況,消除中間包

13、的死區(qū),促進(jìn)夾雜物上浮;鑄機(jī)垂直段2.61m,給夾雜物充分時間上浮,分離夾雜物。2.3.2 全程保護(hù)澆注采用全程保護(hù)澆注,防止?jié)蹭撨^程二次氧化,即大包和中間包之間采用長水口,中間包與結(jié)晶器之間采用浸入式水口澆注,在大包下水口與長水口之間、中間包下水口與浸入式水口之間通氬氣保護(hù)。中間包液面有覆蓋劑和結(jié)晶器表面有保護(hù)渣覆蓋液面。整個澆注過程無鋼水裸露。2.3.3 大包下渣檢測在大包上安裝了下渣檢測裝置,澆注終了適時關(guān)閉大包滑動水口,嚴(yán)格控制由大包進(jìn)入中間包的渣量,從而防止鋼水污染。2.3.4 中間包開澆前吹氬為了減少連鑄澆注初期增氮和夾雜物,在每一次開澆前吹氬氣,置換中間包的空氣,對不同的鋼種有不

14、同的工藝參數(shù)。3 提高表面質(zhì)量的技術(shù)在提高表面質(zhì)量方面,采取的技術(shù)主要有合適的結(jié)晶器冷卻水和結(jié)晶器窄面錐度、高精度的#圖2 輕壓下的使用效果Fig.2 Effectofsoftreduction種力的作用(熱應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、鼓肚力、摩擦力、機(jī)械力和矯直應(yīng)力等),產(chǎn)生變形,超過了鋼的允許強(qiáng)度和應(yīng)變是產(chǎn)生內(nèi)裂的外因,鋼對裂紋敏感性是產(chǎn)生裂紋的內(nèi)因。而連鑄設(shè)備和工藝因素是產(chǎn)生裂紋的條件。內(nèi)裂是在固液交界面產(chǎn)生的2。4板坯連鑄機(jī)采用的減少內(nèi)部裂紋的技術(shù)主#要是合理的輥列設(shè)計:連續(xù)彎曲和連續(xù)矯直,合理選用彎曲半徑和矯直半徑,全程小輥密排,輥?zhàn)硬捎脤氫撟孕醒兄颇覆呐c表面堆焊材料。矯直區(qū)域受力大,如果使用普

15、通的輥?zhàn)右么筝亸?4連鑄機(jī)采用了PDR新型輥?zhàn)?冷卻效果好,輥徑減小了,同時采用油氣潤滑扇形段輥?zhàn)拥妮S承,潤滑效果好,輥?zhàn)右恢碧幱诹己玫墓ぷ鳡顟B(tài),不容易發(fā)生/死輥0或輥?zhàn)优唷＿@樣有效減小了鼓肚變形和彎矯變形,嚴(yán)格控制板坯在凝固過程中鑄坯內(nèi)部兩相區(qū)的總變形率(<0.4%),確保不產(chǎn)生內(nèi)部裂紋。一般來說,鑄坯在鑄機(jī)內(nèi)受到的應(yīng)變由彎矯應(yīng)變、鼓肚應(yīng)變、熱應(yīng)變和輥?zhàn)硬粚χ袘?yīng)變構(gòu)成,不采用小輥密排,其中鼓肚應(yīng)變的比例較大;如果采用了小輥密排,鼓肚應(yīng)變的比例大大下降。二次冷卻采用動態(tài)控制模型,考慮了正常澆注、引拔和事故等不同情況。拉速變化后,通過計算有效拉速進(jìn)行水量的設(shè)定,還有噴淋寬度隨板坯寬度變

16、化的噴嘴布置技術(shù),實(shí)現(xiàn)了鑄坯隨時間#16動、二冷控制等。寶 鋼 技 術(shù)2008年第1期結(jié)晶器液面控制、結(jié)晶器液壓振動、結(jié)晶器電磁制3.1 合適的結(jié)晶器冷卻水和結(jié)晶器窄面錐度板坯縱裂紋是由于結(jié)晶器彎月面區(qū)凝固殼厚度不均勻而產(chǎn)生,在二冷區(qū)擴(kuò)展。故結(jié)晶器冷卻水設(shè)計是否合理,將會直接決定鑄坯的縱裂情況。結(jié)晶器的寬度和窄面錐度調(diào)整采用了伺服電機(jī)驅(qū)動,新的機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)形式,調(diào)節(jié)精度高,澆注過程中基本恒定,在線窄面錐度調(diào)整過程采用了優(yōu)化的算法,安全平滑過渡。#4板坯連鑄機(jī)的結(jié)晶器冷卻水和結(jié)晶器窄面錐度,針對不同的鋼種選用不同的工藝參數(shù),再配合合適的保護(hù)渣,以達(dá)到對結(jié)晶器內(nèi)鑄坯的均勻冷卻,防止寬面和窄面縱裂的

17、發(fā)生。3.2 高精度的結(jié)晶器液面控制采用高精度的結(jié)晶器液面自動控制技術(shù),液面計固定在結(jié)晶器銅板上方,不影響操作,操作和維護(hù)方便。液面計有兩個傳感器,測量的范圍較廣,測量值更具有代表性。可以控制結(jié)晶器液面穩(wěn)定在?3mm以內(nèi),能夠檢測到結(jié)晶器內(nèi)流動的均勻性,有效地防止保護(hù)渣卷入。3.3 結(jié)晶器液壓振動結(jié)晶器振動驅(qū)動由電動改為液壓后,可選的波形范圍擴(kuò)大,運(yùn)動結(jié)構(gòu)不同于目前比較多的板簧結(jié)構(gòu),是一種新型結(jié)構(gòu)。/滾動元件導(dǎo)向系統(tǒng)0是由達(dá)涅利研發(fā)的,滾動元件作為向無彈簧導(dǎo)向結(jié)晶器的進(jìn)一步演變。滾動元件避免了在彈簧中常見的疲勞失效。元件的/滾動0幾乎消除了系統(tǒng)中的任何磨損,其產(chǎn)生的結(jié)果是提高了導(dǎo)向系統(tǒng)的工作壽

18、命。低的摩擦阻力降低了對潤滑的需求。常規(guī)維修僅是清洗和油脂充填。振動精度高,同步性好,滿足不同鋼種的要求。特別是很容易實(shí)現(xiàn)非正弦和高頻小振幅,減少結(jié)晶器與板坯間的摩擦力,從而減少板坯表面的振痕深度,縱向和橫向振動偏差很小,對板坯的表面質(zhì)量極為有利,表面橫裂明顯減少。3.4 結(jié)晶器電磁制動4連鑄機(jī)是高拉速的連鑄機(jī),因此采用了結(jié)晶器電磁制動技術(shù)。電磁制動的類型是FC結(jié)晶器,在結(jié)晶器的周圍安裝了上下兩套線圈,如圖3所示,形成了兩個靜態(tài)磁場,上部線圈在彎月面的附近,用來抑制彎月面附近的湍流;下部線圈安裝在浸入式水口吐出孔的周圍,用來抑制從吐出孔出來的鋼流流速。上部磁場和下部磁場在結(jié)晶器#的整個面上連接

19、成一共軛體,磁場覆蓋了整個寬邊,在結(jié)晶器寬邊上產(chǎn)生的電磁力是均勻的。圖3 FC結(jié)晶器示意圖Fig.3 SchematicdiagramoftheFCmould上部線圈的效果是大大減小了彎月面附近的鋼流流速和波動,其優(yōu)點(diǎn)是:減少保護(hù)渣的卷入;防止氬氣泡聚集在凝固前沿,形成皮下氣孔,促進(jìn)氬氣泡的上浮,減少了針孔缺陷;改善彎月面的平穩(wěn)性和結(jié)晶器保護(hù)渣熔融層的均勻性;改善凝固坯殼與結(jié)晶器壁面之間的潤滑;彎月面處鋼水過熱度提高,有利于結(jié)晶器保護(hù)渣的熔化。下部線圈的效果是大大減少了鋼流向下的沖擊深度,其優(yōu)點(diǎn)是:促進(jìn)夾雜物向彎月面的上浮,而不是被凝固坯殼的前沿補(bǔ)捉,氧化鋁夾雜缺陷和結(jié)晶器保護(hù)渣卷入缺陷可以減

20、少很多,冷軋板的表面缺陷明顯減少;允許采用更高的澆注速度。3.5 二次冷卻為了滿足鋼種質(zhì)量的要求,4板坯連鑄機(jī)二冷采取了許多改進(jìn)措施。主要的特點(diǎn)是:采用新的控制方法,消除了間隙噴水;根據(jù)不同的板坯寬度,調(diào)節(jié)噴淋寬度。具體有增加二冷區(qū)數(shù)及回路數(shù);考慮到高拉速,窄邊噴淋區(qū)有所增長,布置了多排噴嘴;除足輥區(qū)外,從0扇形段開始全部采用氣水冷卻,極大地提高了冷卻的均勻性等。另外還設(shè)置局部火焰清理機(jī),對有表面缺陷的板坯進(jìn)行火焰清理,確保板坯表面質(zhì)量。4 質(zhì)量管理技術(shù)4.1 在線質(zhì)量評估模型為了及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)見板坯的質(zhì)量問題,開發(fā)了在線質(zhì)量評估模型,記錄、跟蹤澆注中的異常情況如結(jié)晶器液面波動異常、拉速異常、中

21、間包溫度異常、保護(hù)澆注異常等,并給出相應(yīng)的處理措施。#由于計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步,目前4板坯連鑄機(jī)過程收集數(shù)據(jù)是10s一個周期,這對于一般的定(下轉(zhuǎn)第19頁)#呂 蔚 寶鋼分公司4連鑄機(jī)的扇形段控制澆注的整個工藝過程中,每個扇形段的輥縫位置都在不斷地進(jìn)行調(diào)整。在引錠桿插入及回收過程中,扇形段的輥縫被調(diào)整到與引錠桿厚度相匹配的大小。當(dāng)鑄坯的頭部即將到達(dá)某一個扇形段時,該扇形段將被適當(dāng)抬起,待頭部順利通過后,壓下至工藝參數(shù)預(yù)定的與板坯相適應(yīng)的位置。這種扇形段頻繁的升降動作在很多連鑄機(jī)上都是沒有的,因為如果位置控制得不好,頻繁的升降扇形段無法確保準(zhǔn)確的輥縫收縮,從而影響鑄坯質(zhì)量。通常,扇形段的開口度都被固

22、定在某個位置,僅僅利用驅(qū)動輥的升降來實(shí)現(xiàn)引錠桿和鑄坯夾送過程中所需的抬起和壓下動作,所以只有驅(qū)動輥與鑄坯表面接觸。4#19保持穩(wěn)定和精確,生產(chǎn)的鑄坯表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量均保持優(yōu)良。4 結(jié)語連鑄是鋼水從液態(tài)到固態(tài)的連續(xù)作業(yè)過程,扇形段輥縫的精確穩(wěn)定不僅是良好的鑄坯質(zhì)量的保證,更關(guān)系著澆注作業(yè)的安全。寶鋼分公司4連鑄機(jī)從系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備選型上對輥縫控制系統(tǒng)進(jìn)行的優(yōu)化,經(jīng)實(shí)踐證明是行之有效的。但必須注意的是,良好的控制效果必須以良好的設(shè)備狀態(tài)為基礎(chǔ)。由于整個輥縫位置控制的執(zhí)行系統(tǒng)是液壓回路,而像伺服閥等精密液壓控制元件的正常工作依賴于清潔的油品質(zhì)量。所以,為了持續(xù)穩(wěn)定地確保輥縫控制處于良好的狀態(tài),保持油品的清潔度是不容忽視的重要環(huán)節(jié)。(收稿