03莱钢近终型异形坯连铸机的生产与实践9

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1、莱钢近终型异形坯连铸机的生产与实践吕 铭 1，王学新 1，卢 波 1，单国新 2，单兆光 1张 庆1，陈永生 1（1.莱钢股份有限公司俩钢厂，山东 莱芜 271104；2.西门子奥钢联，奥地利 林茨）摘 要：主要介绍世界上最大的近终型异形坯连铸机在莱钢的生产实践，本文从工艺、操作、质 量改进等方面阐述近终型异形坯的生产实践过程，特别是在解决腹板裂纹和漏钢等问题方面，采 取了优化配水模型、改进保护渣、提高钢水质量等措施，取得了较好的效果。关键词：异形坯；生产工艺；铸坯质量；腹板裂纹；漏钢The Production and Practice of the Near NetShape Beam B

2、lank Caster in LaigangLV Ming1, WANG Xue-xin1, LU Bo1, G.X.Shan2SHAN Zhao-guang1, ZHANG Qing1,CHEN Yong-sheng1(1. Steel-making piant of LAIWU I&E Limited , LAIWU 271104, China ;2. Siemens VAI Linz,Austria )Abstract: The procuction and practice of the worlds -lnaert-gsehsaptenbearm blank caster in La

3、iwu Steel is introduced in process,operation and quality improvement. The optimization of water distribution model and the improvement of flux properties and steel quality achieved good result in the solution of web plate cracks and breakout.Key words: Beam Blank Caster; production technology; casti

4、ng blank quality; web plate cracks ; break-out1 前言经过近几年的发展，2007 年莱钢集团 H 型钢总产量达到240 万吨，涵盖小型、中型、 大型等全部 H 型钢规格，成为中国境内最大 的H型钢生产基地。2005年之前，莱钢只具 有小型和中型H型钢的生产能力，规格品种 不全影响了莱钢H型钢的竞争力。为完善H 型钢品种规格、提升H型钢的竞争力，莱钢 于 2005 年 8 月新上一套大 H 型钢生产线， 近终型异型坯连铸机是该项目的重要组成 部分，该连铸机的顺利投产对莱钢实现预期 战略目标具有重要意义。2 莱钢近终型异型坯连铸机的 工艺特点经过近几年

5、的发展， 2007 年莱钢集团 H 型钢总产量达到240万吨，涵盖小型、中型、 大型等全部H型钢规格，成为中国境内最大 的H型钢生产基地。2005年之前，莱钢只具 有小型和中型H型。2.1 莱钢异型坯连铸机工艺参数（见表一）表 1 莱钢异型坯连铸机工艺参数Table 1Main device and process technology of steelmaking system断面 铸机形式BB1： 1023.8x390x90mm； BB2： 750x370x90mm； BB3： 555x440x90mm全弧形，半径12m，连续矫直，四架拉矫机，3机3流，结晶器到切割机约30m，火焰切割。振

6、动形式液压驱动，振幅： 0 - 12 mm （ 6 mm）频率范围40300次/ min，振动曲线正弦或非正弦曲线结晶器二冷系统组合铜板式，长800mm，Ag-Cu材质，镀铬/镍铁，厚度0.1mm。设计锥度V 1.0%/m二冷分为5个区，除1区外采用气雾喷嘴，喷嘴布置简洁，便于更换。内弧侧有吹水器中间包T 形中间包，冲击区距离注流较远，定径水口，每流两个。浇注方式半保护浇注。引锭装置采用启动棒与坯头连接。设有自动起步模式，有事故摆槽，起步或事故时使用2.2 异型坯连铸机的工艺特点 异型坯连铸机有很多的工艺和设备与 现代传统的连铸工艺相似，但因其断面的特 殊性，其在外形上集圆坯、方坯、板坯特点

7、于一体，因此具有和其他传统连铸机不同的 工艺特点。异型坯断面复杂，铸坯断面冷却 速度不均匀，铸坯的收缩和内部应力也不均 匀，表面和内部质量问题突出，其生产难度 要大于其他类型连铸机。2.2 莱钢近终型异型坯连铸机的工艺特点 莱钢近终型异型坯断面大，铸坯宽度最高达1024mm,翼缘厚度最高达555mm；为 减少轧制工序，采用近终型设计，腹板和翼 缘薄，腹板厚度仅有90mm。这些使得异型 坯的特点在莱钢近终型异型坯上变得更加 突出，断面的不规则性更加明显，使得莱钢 近终型异型坯又比小异型坯的裂纹发生率 高。这对结晶器内水口的对中、结晶器状况、 铸坯二次冷却提出了更高要求。同时对设备 维护也提出了更

8、高要求，比如结晶器铜板内 部形状复杂，尺寸不好把握，扇形段辊子排 列复杂，保证对弧精度较为困难等。3 工艺和操作改进 为保证生产顺行，在中间包、浇注方式、 漏斗支撑、结晶器镀层、引锭杆等方面做了 改进。3.1 中间包寿命的提高与流场优化3.1.1 存在问题：原设计冲击区抗冲击 能力差，底部容易被大包注流击穿，中间包 寿命低，平均只有9小时。中间包设计较小， 有效液面高度低，正常浇注时液面高度只有 600700mm，不利于夹杂物上浮；中间包流 场不好，大包钢水容易直接流入二流，造成 二流钢水温度偏高，夹杂物偏多。3.1.2 改进方案：改进中间包冲击区形 状，使大包注流在中间包内有足够的缓冲， 较

9、好的保护冲击区底部耐材，提高中间包寿 命。将中间包高度适当加高，提高了中间包 内钢水液面，有利于夹杂物上浮，还可减弱 大包注流对中间包耐材的冲击。在中间包内 配合设计围堰和挡坝，优化钢水流场，避免 钢水直接流入二流。3.1.3 改进效果：改进后，中间包平均 寿命提高数倍，钢水在中间包内停留时间延 长，便于夹杂物上浮。3.2 浇注方式和漏斗支撑方式的改进3.2.1 存在问题：原设计采用定径水口， 水口寿命低，最多只有8 小时，不能与中间 包寿命匹配。漏斗支撑采用固定在结晶器的 方式，更换漏斗不方便，事故状态时支撑装 置容易粘冷钢。3.2.2 改进方案：采用莱钢自己设计的 定径水口快换更换机构，该

10、机构结构简单， 操作方便，耐材寿命长，当定径水口侵蚀严 重时，可以快速更换，防止拉速异常升高。 重新设计了漏斗支撑方式，可以实现漏斗与 漏斗托架的快速更换。3.2.3 改进效果：改进后定径水口寿命 实现了与中间包寿命同步，并且水口更换不 影响铸坯质量，铸坯无重接。新的漏斗支撑 方式实施后，便于漏斗更换和事故处理。明， 碳中心偏析指数W1.054。3.3 结晶器镀层的改进3.3.1 存在问题：原设计结晶器铜板为 铬镀层，使用寿命在10000吨以下，主要表 现为磨损严重，铜板下口露铜，部分铜板铬 镀层整体脱落。另外，铬镀层传热系数偏高， 不利于控制传热。3.3.2 改进方案：采用镍铁或镍钴镀层，

11、该镀层耐磨性较铬镀层好，与铜板结合力较 大，导热系数适中。采用铜板上下口梯形镀 层的方式，兼顾上部弯月面传热与下口耐磨 的要求。3.3.3 改进效果：在返修铜板上应用镍 铁或镍钴镀层，铜板耐磨性大大提高，寿命 在 30000 吨以上，无镀层脱落现象。3.4 引锭杆的改进3.4.1 存在问题：引锭杆在浇注准备位 时，原设计引锭杆尾部在第二架拉矫机，理 论计算在理想状态下两架拉矫机的夹紧力 （摩擦力）足够克服引锭杆的下滑力，但实 际生产中经常发生引锭杆下滑现象，下滑距 离虽不大，但会破坏生产准备时的封引锭效 果，容易造成生产事故。现场观察发现，设 备检修时的黄油、润滑油有时也附着在引锭 杆上，引锭

12、杆使用一段时间后表面变得光 滑，这些因素都会造成引锭杆表面摩擦系数 降低，原有的两架拉矫机的夹紧力（摩擦力） 显得偏小。3.4.2 改进方案：在不对设备做大改动 的前提下，将拉矫机加长一段距离，使引锭 杆在浇注准备位时其尾部在第三架拉矫机， 三架拉矫机同时压下，提高夹紧力（摩擦 力）。3.4.3 改进效果：引锭杆加长后，引锭 杆下滑的现象得到控制，2006年6月以后没 有再出现类似现象。4 漏钢事故的解决莱钢近终型异型坯连铸机生产中遇到 的主要问题是漏钢，分为起步漏钢（拉脱）、 换漏斗时漏钢两类。4.1 起步漏钢4. 1. 1原因分析：原设计引锭杆与冷料 之间采用密封垫密封，密封垫加工尺寸不合

13、 适，密封效果不好，钢水容易渗出。冷料的 布置方式方面，启动棒周围冷料偏少，此处 正对浇注点，容易造成启动棒融化。还有一 种情况，启动棒在引锭头过拉矫机时容易拉断，主要原因是启动棒材质为 45#钢，硬度 虽然较高，但韧性较差，容易出现脆断现象。4.1.2 解决措施：优化密封垫设计，严 格控制密封垫加工的尺寸精度，提高了密封 垫的密封效果。增加了引锭棒周围的冷料密 度，对引锭棒本体起到了良好的保护作用， 同时在引锭棒护管上增加开孔数量，保证钢 水凝固时将冷料与启动棒有效结合。在启动 棒材质选择上，经过不同材质的试验，最后 选择了合适的材质，这种材质强度满足要 求，不易脆断。4.1.3 效果：采取

14、以上措施后，起步漏钢、 拉脱现象明显减少。2007年 111月，未发 生起步漏钢、拉脱事故。4.2 换漏斗时漏钢4.2.1 原因分析：换漏斗后13 分钟， 翼缘圆角处出现漏钢事故较多，因漏斗寿命 较短，更换较频繁，此类事故对生产顺行影 响较大。换漏斗时漏斗底部对保护渣液面搅 动较大，容易破坏保护渣的三层结构，进而 影响保护渣的润滑，极易造成卷渣，在漏钢 坯壳上经常可见铸坯局部润滑不良，振痕紊 乱。职工换水口操作时，有求快心理，操作 不稳，漏斗摆动幅度较大，更易破坏液渣层。4.2.2 解决措施：改进更换漏斗的操作 方式，采取高挂低放的更换模式，减少了漏 斗自身的摆动，最大限度的避免了更换漏斗 时

15、对液渣层的破坏。4.2.3 效果：采取以上措施后，更换漏 斗时的漏钢得到有效控制。 2007 年 1 月 2008 年 6 月，此类事故只发生1 次。5、质量优化异型坯断面复杂，受工艺条件的制约铸 坯很难均匀冷却，不均匀的冷却使坯壳各处 受到的应力较大，内缘 R 角及腹板处应力更 为集中，容易产生表面质量缺陷。莱钢近终 型异型坯连铸机存在的主要问题也是铸坯 表面裂纹，在轧材工序表现为腹板裂纹。5.1 裂纹形态裂纹出现在轧材腹板中部或靠近翼缘 处，裂纹方向沿轧制（浇注）方向。用放大 100 倍的 高 倍显 微镜观 察， 裂 纹深 度 0.20.8mm,裂纹宽度0.10.6mm,裂纹底部 不规则，

16、有些裂纹有延伸（底部分叉），裂 纹周围有脱碳迹象。电镜观察裂纹周围有夹 杂物富集的现象。与轧材相对应，铸坯在腹 板圆角处和腹板中部也存在表面裂纹，但因 较小的裂纹热态不易发现，有些有缺陷的铸 坯漏检，造成轧材腹板裂纹。5.2 产生原因 表面裂纹与结晶器区域内的冷却关系 较大，原则上应限制传热，需要对保护渣性 能进行优化，调整粘度和碱度，同时提高结 晶器进水温度、适当降低冷却水量。受异型 坯自身条件的限制，表面裂纹出现几率大， 二次冷却过强也容易扩展裂纹，应适当降低 二次冷却强度。钢水纯净度也与裂纹有直接 关系，夹杂物过多容易造成腹板裂纹。5.3 采取措施 调整保护渣性能指标，试验不同碱度、 粘

17、度的保护渣，最后定型一种具有较低的传 热系数、良好润滑性能的保护渣，有效的提 高了质量。适当提高结晶器进水温度，并全年保持 该温度，防止季节变化带来的不利影响。在 保证结晶器水流速的前提下，适当减少结晶 器冷却水量，降低结晶器内冷却强度。提高钢水纯净度。对精炼工序的脱氧和 造渣制度进行改进，提高碱度，提高脱氧效 果，降低精炼出站时的氧含量，延长精炼时 间，保证足够的软吹时间，降低钢中夹杂物。 同时限制连铸机结晶器烧氧时间和次数，提 高保护浇注效果，减少钢水二次氧化。5.4 效果 采取以上措施后，铸坯质量明显提高， 铸坯合格率由投产初期的96.1%提高到2007 年的 99.6%以上。6、质量优

18、化2005年8月17日近终型异型坯连铸机 一次热试成功,通过扎实有效的工作,五天 后（8月22日）即实现日达产,当年1 1月 6 号实现月达产,投产两年多来莱钢近终型 异型坯连铸机累计产量242万吨。2007年平 均月产量在 10 万吨以上,平均合格率保持 在 99.5%以上,漏钢率控制在 0.02%以下。 2007 年铸坯产量、合格率如表2。表 2 莱钢异型坯连铸机产量和合格率统计月份产量（吨）合格率（）1月2月3月4月5月6月7月8月9月10 月11月1019429991910937810555010726710883010269510001310059610502710863699.63

19、99.6999.7899.8799.8499.7799.8199.8599.8499.8599.88Table2 Production output & Qualification Rate of the Near Net Shape Beam Blank in Laigang7、存在问题近终型异型坯连铸机在莱钢的生产实 践是成功的，但市场的变化对异型坯（H型 钢）提出了更高的要求，还有一些问题需要 解决。7.1 全保护浇注困难较大。受铸坯断面的限制，浇注区域内接圆仅 有120mm，不利于漏斗的更换。特别是随着 莱钢品种钢产量的增加，要求实现全保护浇 注批量生产，现在浇注区域狭小的空间更不 利于浸入式水口的更换，实现全保护浇注的 困难较大。7.2 品种钢出现裂纹几率较大。目前市场对H型钢品种、质量的要求越 来越高，含铌、钒、铬、铜的钢种逐渐增多， 但在生产中这些钢种裂纹出现量很大，几乎 均要进行铸坯精整，不利于批量生产。8、结语近终型异型坯连铸技术作为新兴的连 铸技术，有着可使生产流程进一步紧凑优 化，降低能耗，减少设备投资，并可改进产 品质量等诸多优点，但因生产难度较大，目 前在工业生产中应用受到较大限制，莱钢通 过广大工程技术人员的不懈努力，在较短时 间内成功的克服了困难，取得了较好的效 果。