連鑄鋼坯氧化鐵皮產生的原因及降低措施

刁興武，李乾坤

(西林鋼鐵集團有限責任公司，黑龍江 伊春153025)

2012年西林鋼鐵公司煉鋼總廠通過內部對標發現，與原有的1#、2#連鑄機相比新投產的3#、4#連鑄機在連鑄生產過程中產生的氧化鐵皮較高，嚴重影響連鑄鋼水回收率。因此煉鋼總廠組織連鑄相關生產技術人員針對3#、4#連鑄機生產過程中氧化鐵皮過高的問題進行了攻關，并取得一定效果。

1 連鑄過程氧化鐵皮生成機理

連鑄坯產生的氧化鐵皮是鑄坯表面的鐵元素與環境中的氧化性氣體發生化學反應，生成鐵的氧化物，而氧也進一步從鑄坯表面向里擴散形成了氧化鐵皮。連鑄生產時高溫的鑄坯必須通過結晶器冷卻及二冷區噴水冷卻才能到達拉矯機，然后經拉矯機矯直由輥道送至連鑄機的冷床，連鑄冷卻環境中的的H2O(水蒸氣)、O2都具有較強的氧化性，鑄坯表面發生的氧化反應主要如下:

2 連鑄鋼坯產生氧化鐵皮的原因

實踐表明，影響3#、4#連鑄機鑄坯產生氧化鐵皮的主要因素有連鑄二次冷卻配水量，連鑄過程的鑄坯溫度，連鑄二次冷卻水的溫度、鋼水成分等。

2.1 連鑄二次冷卻配水量對鑄坯氧化鐵皮的影響

3#、4#連鑄機結晶器的配水量一般控制在120～140t/h，鋼水在結晶器內與銅管壁接觸后，受到強制冷卻，凝結成細小等軸晶的坯殼，初生坯殼的厚度大于10mm，由結晶器拉出的鑄坯進入二次冷卻區時，液芯量較大，坯殼薄，熱阻力小，加大二次冷卻強度，可以使鑄坯厚度快速增加，當鑄坯可達到一定厚度時，霧化冷卻水在鑄坯表面形成一定厚度的蒸汽膜，影響冷卻水的冷卻效果，造成鑄坯回溫，所以二次冷卻水是按由強至弱的原則均勻冷卻的。二次冷卻配水時，首先根據不同的鋼種來確定鑄坯在二冷區各段溫度，確定各段的配水量，要避免由于二冷區各段配水不均，造成局部鑄坯回溫過大而產生的熱應力，使鑄坯內部產生裂紋。同時，鑄坯內部溫差過大，大大增加了鑄坯表面氧化鐵皮的生成。因此對二冷水要求:

(1)對鑄坯表面冷卻要均勻，要避免二冷水條上的噴嘴堵塞現象發生;

(2)因為霧化冷卻水能擊破鑄坯表面的蒸汽膜，達到強化冷卻效果的目的，因此為了保證冷卻效果的最大化，霧化冷卻水被蒸發的比率越高越好;

(3)因為減少鑄坯表面形成的蒸汽膜厚度，可以有效地降低鑄坯表面的氧化強度，因此在鑄坯表面上未蒸發的水停留時間越短越好。

由于設計方面的原因，3#、4#連鑄機的每根二冷水條上的噴嘴比原有的1#、2#連鑄機少4個，連鑄二次冷卻水的流量不足，二冷水冷卻強度偏弱，造成鑄坯回溫偏高，鑄坯產生的氧化鐵皮也多。

另外，由于二冷水總管的過濾網清洗不及時，二冷水中含雜質多，連鑄生產過程中時常出現噴淋水嘴堵塞現象，造成二冷水噴水不均勻，霧化冷卻效果差，鑄坯表面上未蒸發的水停留時間長，因此鑄坯產生的氧化鐵皮也偏多。

2.2 溫度對鑄坯產生氧化鐵皮的影響

3#、4#連鑄機鑄坯矯直溫度一般控制在在900℃以上，因為700℃～900℃是鑄坯矯直裂紋的敏感溫度區，即鑄坯只有在1 000℃左右，才能保證鑄坯質量，而據資料表明鑄坯矯直溫度在700℃左右時，氧化鐵皮產生不明顯;鑄坯矯直溫度在900℃左右時，氧化鐵皮產生明顯增多;在1 000℃左右時，鑄坯產生的氧化鐵皮急劇增多，大約是鑄坯在900℃左右時氧化鐵皮產生量的2倍;而在1 100℃左右時，鑄坯產生的氧化鐵皮量，大約是鑄坯在900℃左右時氧化鐵皮產生量的4倍;因此鑄坯在1 000℃以上的高溫段停留時間越長，鑄坯的氧化越嚴重。3#、4#連鑄機的鋼水是由新投產的3#、4#轉爐供應的，由于轉爐終點溫度控制不得當，供應3#、4#連鑄機的鋼水溫度偏上限，向連鑄機中包內加冷料調節溫度有限，造成中包鋼水過熱度偏高，這也是造成3#、4#連鑄機鑄坯產生氧化鐵皮偏高的原因之一。

2.3 二次冷卻水溫度對鑄坯氧化鐵皮的影響

3#、4#連鑄機連鑄生產時二次冷卻水的溫度偏高，達不到正常冷卻效果，造成鑄坯溫度偏高，特別在夏季連鑄生產時，由于綜合水泵站涼水塔冷卻能力不足，連鑄二次冷卻水的進水溫度甚至超過了40℃，回水溫度超過了48℃，嚴重影響了鑄坯的冷卻效果。

圖1 鑄坯氧化鐵皮產生量隨鑄坯溫度變化趨勢圖

2.4 鋼水成分對鑄坯產生氧化鐵皮的影響

連鑄生產實踐表明，在同一鋼種中，碳、硅、錳等元素含量相對高的氧化鐵皮的生成量也會減少一些，因為鋼中碳與空氣中的氧結合生成一氧化碳，起著阻止氧在鑄坯進一步擴散作用;另外，硅、錳元素含量高氧化鐵皮剝離性差，因此鑄坯的氧化鐵皮生成量相對較少。

3 降低鑄坯產生氧化鐵皮量的措施

(1)通過在綜合水泵站新增加一座連鑄濁環水冷卻塔，增加連鑄濁環回水的降溫面積，降低連鑄二冷水的溫度，保證使連鑄在夏季生產時二冷水進水溫度不大于35℃。

(2)改造連鑄二冷區水條，按由強到弱的原則增加連鑄二冷水條噴淋水嘴的個數，提高連鑄二次冷卻水的流量，同時改進噴淋水嘴質量，提高連鑄二冷水霧化效果，從而加大冷卻強度，達到由強到弱均勻噴水冷卻的效果。

(3)加強對3#、4#連鑄機二冷區托輥及水條的維護，使連鑄生產時噴淋水與鑄坯對中，保證鑄坯冷卻均勻，避免鑄坯表面局部回溫過快。

(4)加強連鑄二冷水總管過濾網的檢查清洗，保證二冷水水質，并且每周對各流二冷水條的噴嘴反沖清洗，在連鑄生產時，保證鑄坯表面回溫均勻，避免出現因水嘴堵塞造成鑄坯冷卻不均勻的現象。

(5)通過控制3#、4#轉爐的終點溫度及在氬站平臺向鋼水包中加冷料、吹氬攪拌等手段控制高溫鋼的產生，減少為3#、4#連鑄機供應的鋼水的過熱度波動過大，從而避免因鋼水過熱度過高造成鑄坯回溫過高。

(6)嚴格控制轉爐供應連鑄的鋼水成分，轉爐冶煉操作時，在保證鋼水質量、降低成本的前提下，最大限度地提高鋼水的碳成分，降低鑄坯的氧化鐵皮生成量。

4 優化后的效果

經過兩年不斷優化連鑄生產操作條件，使3#、4#連鑄機鑄坯氧化鐵皮的生成量由原來的4.5‰降低到2.5‰，大幅度提高了連鑄鋼水回收率，3#、4#連鑄機年產鑄坯按250萬t計、鋼坯價格按2 100元/t計，每年將降低生產成本約1 050萬元(2 100元/t×2 500 000t×2‰=1 050萬元)，取得了較高的經濟效益。

5 結語

圖2 氧化鐵皮逐年下降示意圖

實踐證明，在連鑄實際生產過程中，連鑄坯產生氧化鐵皮是不可避免的，但是通過一定的技術手段鑄坯氧化鐵皮生成量是可以控制的。西林鋼鐵公司煉鋼總廠的3#、4#連鑄機結合自身工藝及設備條件，不斷完善優化連鑄操作制度，大幅度降低了鑄坯氧化鐵皮生成量，在為后道軋鋼工序提供優質鑄坯的同時，也降低了自身生產成本，為企業開展的提質降耗活動做出了貢獻。

［1］彭華剛.連鑄氧化鐵皮生成過多的成因分析［J］.鋼鐵研究，2010.10