玉鋼板坯提速增質實踐

李興崗 包從佼 蔣濟軍 尹志勇 李俊龍

（玉溪新興鋼鐵有限公司）

1 前言

隨著云南省社會經濟發展及產業政策調整，省內鋼材市場對板材的需求量逐年上升，近年來年均增幅達20 %以上；但當前昆鋼的產品結構是以建筑鋼為主，產品結構單一，在日趨激烈的市場競爭中已不具備競爭力；為優化公司產品結構，提升公司產品綜合競爭能力，決定開展玉鋼板坯提速增質的研究，提高中寬帶系列產品的品質和產量，使其更能適應市場競爭的發展戰略需要。

根據熱軋板帶材的發展形勢，板帶的外觀“美”已成為市場競爭的重要指標。熱軋帶鋼產品質量指標主要包括尺寸與形狀精度、表面質量、力學性能三個方面。連鑄坯的質量很大程度上決定著帶鋼力學性能、表面質量。在生產過程中，板坯經常出現外形及質量缺陷，導致帶鋼破邊率、冷彎裂紋率較高。玉鋼煉鋼目前主要生產180 mm×500 mm ～180 mm×710 mm 斷面的板坯，但連鑄生產過程中，澆鑄速度一直局限于1.2 m/min ～1.3 m/min，很難繼續有更高的突破。拉速過低、鑄坯質量缺陷，嚴重影響到板坯的生產效率，同時造成帶鋼降價銷售、玉帶形象受損。針對以上原因對板坯生產工藝進一步優化，充分釋放板坯鑄機產能并提高鑄坯質量。

2 連鑄坯質量缺陷及影響鑄機提速的原因分析

2.1 連鑄坯質量缺陷原因分析

從帶鋼產品存在冷彎裂紋、破邊等情況，檢查連鑄坯是否存在質量缺陷，對100 爐鋼約5 500噸鋼進行鑄坯表面質量檢查，發現部分連鑄坯存在表面裂紋，輕微鼓肚、劃痕等外形缺陷，如圖1所示。

圖1 缺陷鑄坯外觀

從鑄坯低倍酸浸樣中可以看出，鑄坯存在內部缺陷，有細條狀硫化物、球型或不規則形狀的氧化物、中心偏析、中心裂紋等，如圖2 所示。

圖2 板坯低倍組織

（1）分析鑄坯外觀缺陷，鑄坯存在局部縱裂紋，由于澆鑄過程結晶器液面不穩定、鋼中硫元素超標造成。鑄坯鼓肚由于鑄坯導向區域輥縫調整不當，設備檢修不到位造成。表面劃痕是由于澆鑄過程中段位堆渣，鑄坯冷卻狀況不好造成的。應規范優化澆鑄工藝，強化連鑄設備檢修，保證鑄坯外觀尺寸。

（2）非金屬夾雜物對鋼材的性能會造成不良影響，鋼中非金屬夾雜物含量高，會使鋼的加工性能變壞，破壞鋼材的連續性，形成裂紋源。煉鋼應盡量去除硫元素，減少硫化物量，提高鋼材的性能。煉鋼廠脫硫任務主要在脫硫站，應優化脫硫工藝，提高脫后硫的合格率及穩定性。同時，應提高轉爐冶煉終點合格率，降低鋼水的氧化性，減少脫氧產物的產生。適當延長吹氬時間，讓夾雜物充分上浮。澆鑄過程規范操作，減少澆鑄操作不當產生的夾雜物。

（3）鑄坯中存在中心偏析、中心裂紋，產生的原因較為復雜，從可知可控角度淺析，鑄坯中心呈不連續的黑點，由硫化物含量高、澆鑄溫度偏高造成。應盡量去除有害元素硫、控制合理的澆鑄溫度。

2.2 影響鑄機提速的原因分析

（1）生產過程中，連鑄坯成分的硫含量不穩定，存在硫超標的情況，硫高會因“熱脆”導致裂紋發生漏鋼事故，硫含量超內控的爐次拉速只能控制在1.0 m/min 以下，成品硫高成為鑄機提速的卡點。

（2）生產中偶有結水口的現象，更有甚者把水口結死，鑄機非計劃停澆，影響鑄機的生產。結水口嚴重爐次，停澆后對水口拆解，水口中存在高熔點物質Al2O3，如圖3 所示，說明脫氧產物上浮不良，喂入Al 線超量，鋼水脫氧過度，可澆性差。影響鑄機的正常生產，對提高鑄機的產量不利。

圖3 中包下水口異物

（3）1#板坯連鑄機機型為二機二流直弧型連續彎連續矯直板坯連鑄機，該設備投產已使用近16 年的時間，設備老化及設計技術落后。在生產過程中，機械振動振幅精度低，左右偏擺弧度較大，鑄坯易產生縱向及橫向裂紋，在拉速1.15 m/min ～1.20 m/min 時存在設備共振現象，該現象經過多次調整改進后仍然得不到有效解決，該機械振動拉速一直無法得到根本性提高，且設備維修率高，維修成本較大。同時由于設備所處地點狹窄且空間受限，設備的點檢、維護非常困難。由于點檢困難，冷卻及潤滑不到位導致振動減速機、蝶環、板簧等損壞的情況時有發生，從而被迫更換振動框架或導致生產中斷。給設備維護、檢修、生產帶來較大影響，板坯連鑄機作業率低。

3 板坯提速增質的措施

3.1 優化脫硫工藝

由于釩鈦礦冶煉的特點，鐵水經常出現低溫、高硫情況。鐵水脫硫的重任體現在煉鋼脫硫站，噴吹脫硫的脫硫效率、脫后硫的合格率直接影響鋼坯中的硫含量。針對鐵水成分、溫度不穩定的現狀，優化脫硫劑的配比、脫硫工藝參數及開展爐后洗渣脫硫等工作，保證成品硫穩定、合格。

（1）優化脫硫劑配比

通過對標找差，發現玉鋼的脫硫劑用量大，脫后硫不穩定，扒渣鐵損高、脫硫效率低。為了提高脫硫效率，玉鋼煉鋼廠協同昆鋼濮耐公司共同對脫硫劑的質量進行改善，經過多次的實驗對比，有目的的調整脫硫劑的成分配比，找到脫硫效率較高的成分配比，降低了脫硫劑的用量，提高了脫硫效率。為降低生產成本，脫硫劑采用成本最低的CaO 系。根據CaO 脫硫的特點，從提高脫硫劑CaO 含量及活性度；增加CaF2含量，破壞石灰粉粒表面生成致密的硅酸二鈣（2CaO·SiO2）；提高脫硫劑的細度，增加比表面積；加入提高硫活度的元素Al 等方面入手，試驗出脫硫能力更強的脫硫劑。

（2）優化噴槍槍位

生產中經常出現脫后硫不高，但倒爐硫高的情況，排除廢鋼及加入輔料等因素的影響，發現存在脫后硫不具代表性，鐵包中的噴吹鐵水不均勻的情況。在不產生噴濺的前提下，噴槍槍位插入深度應盡量加大，在包底不留死角，使脫硫劑和鐵水充分混合反應，保證噴吹脫硫的動力學條件，噴槍插入深度直接影響到脫硫效果。經過跟蹤實踐：鐵水在鐵包內的凈空高度需保證≥500 mm，脫硫噴吹槍位距包底的距離控制在100 ～150 mm，脫后硫代表性較強。

（3）爐后造渣脫硫

玉鋼沒有精煉爐，出鋼后處理手段有限，生產節奏緊張時，偶有倒爐硫高的現象，開展爐后渣洗脫硫操作，經過現場跟蹤研究，倒爐終點硫高，需要進行爐后渣洗脫硫的爐次，要求提高終點出鋼溫度10 ℃以上，加入渣洗料后吹氬要求軟吹7 min，使用包蓋蓋住，減少與空氣接觸，盡量營造還原氣氛，造白渣。石灰加入量按100 ～200 kg/爐控制，保證石灰充分熔化是關鍵；爐后鋁線加入量嚴格按氬前氧參考值控制，確保吹氬時間，防止鑄機出現結水口現象。

3.2 煉鋼終點及吹氬工藝控制

玉鋼采用提釩煉鋼模式，熱量不足，鋼水氧化性強，經常出現氧含量不穩定的情況，氬后氧含量控制過高，板材上出現破邊的概率高；脫氧過深則導致鋼水氧含量偏低，可澆性差，澆鑄過程中Al2O3熔點（2 030 ℃）過高，在澆鑄過程中凝固析出，造成中包插入水口“結水口”澆鑄不暢的現象，同時由于吹氬操作的不規范，容易導致鋼水溫度、成分不均勻，鋼水夾雜物不能充分上浮，影響鋼水質量。為解決上述問題，開展優化煉鋼脫氧吹氬工藝，以保證鋼水質量。

（1）降低鋼水終點氧化性，減少夾雜物量

在轉爐吹練過程中，由于不斷向熔池供氧，使鋼水中溶解了一定數量的氧，達到終點時，跟據C-O 平衡理論可知，終點C 含量越低，鋼水氧化性就越強，鋼水的氧化性影響鋼的潔凈度。鋼中氧含量低，對減少鋼液中的氧化夾雜物有利，能很好的控制板坯的潔凈度。冶煉板坯時，合理控制廢鋼用量，使熱量略有富裕，對提高一次拉碳率有利。為了提高爐長的操作技能，常態化開展爐長拉碳實作考評，提高爐長對終點的把控能力，降低鋼水終點氧化性，減少夾雜物量。

（2）強化脫氧吹氬操作

在無精煉設備的情況下，脫氧和吹氬操作更為重要，脫氧吹氬環節是冶煉工序質量控制的最后一環，決定著鋼水去向連鑄的最終成分、溫度情況。合理脫氧，將氧含量控制20 ～40 PPm，保證鋼水質量，為板坯生產提供高質量鋼水，同時為連鑄澆鑄創造優質條件，確保板坯澆鑄的順行。吹氬攪拌能達到加速夾雜的析出，均勻鋼水成分、溫度，去除一定量的氣體含量，保證鋼水質量，為后續的澆鑄和軋制創造良好條件。根據生產實踐規定板坯生產吹氬時間由≥5 min 提高至≥8 min，在出鋼過程要求吹氬壓力控制為0.6 MPa ～0.7 MPa，到站吹氬壓力控制為0.3 MPa ～0.5 MPa，氬泡直徑控制在20 ～30 cm 為宜。

3.3 優化鋼水的澆鑄溫度

鋼水溫度是決定連鑄順利與否的首要因素，同時它又在很大程度上決定了連鑄坯的質量，過高和過低的鋼水澆鑄溫度都會對連鑄帶來不利影響。鋼水澆鑄溫度過高，增加非金屬夾雜，影響板坯內在質量；鑄坯柱狀晶發達，鑄坯組織質量變差；中心偏析加重，易產生中心線裂紋；澆鑄拉速慢，鑄機機時產量低。鋼水澆鑄溫度過低，容易發生水口堵塞，澆鑄中斷；鑄坯表面容易結疤、夾渣、產生裂紋等缺陷；非金屬夾雜不易上浮，影響鑄坯內在質量。根據生產實踐，嚴格控制鋼水氬前氬后溫度，保證中包溫度在1 540 ℃～1 550 ℃，拉速較快，鑄坯組織良好，如遇有包底、新鋼包、返修包氬后溫度提高10 ～20 ℃，保證澆鑄后期生產正常。

3.4 優化板坯澆鑄工藝及設備

針對板坯生產過程中相關問題、鑄坯存在表面質量及外形尺寸缺陷，從澆鑄工藝和設備兩方面制定了相關的控制措施。

（1）澆鑄工藝控制

板坯采取全程保護澆鑄，嚴禁大包敞開澆鑄，鋼包長水口插入鋼水內深度要求≥150 mm，確保中包包蓋完好，中包覆蓋劑按要求合理使用，澆鑄過程中認真檢查中包內鋼水情況，確保鋼水不裸露，不結冷鋼。板坯大包澆鑄原則上要求全程保證中間包滿包澆鑄，中間包內鋼液面要求必須≥700 mm，保證鋼水內的夾雜物充分上浮。中包必須嚴格執行排渣制度，尤其在使用≥16 h 的中間包時，中間包內渣層厚度達到120 mm 時必須進行中間包排渣操作。規范加渣撈渣操作，確保結晶器內渣層潔凈，出現渣圈時及時撈出，并清理干凈。嚴格按工藝要求調整結晶器倒錐度，調整過程中嚴格按“上拉下頂式”調整，保證鑄坯外形尺寸的精度。優化二冷工藝，確保冷卻均勻，加強二冷設備的維護，杜絕鑄坯表面缺陷，保證鑄坯冷卻效果和質量。

（2）設備改進

連鑄板坯設備結構復雜，且設備情況對鑄坯質量起決定性作用。將連鑄機振動框架由正弦振動改為非正弦振動并改成自動液面澆鑄，同步對中包烘烤、油汽潤滑及二冷配水閥門、管路的進行升級改造。同時加大設備維護點檢力度，利用停機時間做好各段位的檢修維護工作，避免澆鑄過程中段位堆渣。

4 各項措施實施取得的成果

（1）通過對脫硫工藝的優化，解決了釩鈦鐵水硫高、溫度低及生產節奏不均衡等問題，使脫后硫合格率達92 %，成品硫合格率達96 %，且未出現因硫高判廢的爐次，鑄坯未出現硫高產生裂紋的情況，為帶鋼提供優質鑄坯。脫硫劑配比優化后，脫硫劑用量明顯降低，脫硫效率提高，脫硫扒渣鐵損從33.8 kg/ t 鐵降低到17.3 kg/ t 鐵，脫硫效率從65 %提高到78 %。脫硫噴吹槍位優化后，脫后鐵水更均勻，基本沒有出現一倒硫比脫后脫后硫高的情況（廢鋼及其他原輔影響除外）。爐后造渣脫硫解決了因生產節奏緊張、發生異常情況導致硫高的問題，保證鑄坯硫含量合格。

（2）通過優化煉鋼終點控制制度，使半鋼冶煉一倒合格率提高到90 %，一倒出鋼率達60 %，鋼水氧化性明顯降低，Al 線的用量從1.1 kg/t鋼降低到0.92 kg/t 鋼。加上對脫氧吹氬工藝的優化規范，嚴格控制吹氬力度、時間，使夾雜物充分上浮，降低鋼中非金屬夾雜物含量。鋼水氧量含嚴格按20 ～40 ppm 控制，鋼水的可澆性好，基本沒有結水口的情況發生，同時鑄坯的質量明顯改善，如圖4 所示，帶鋼破邊比例降低到0.3 %。

圖4 板坯低倍組織

（3）根據澆鑄溫降，制定合理的鋼水澆鑄溫度，嚴格控制中包溫度在1 540 ～1 550 ℃，鑄坯組織的中心偏析、中心裂紋明顯減少，澆鑄拉速也得到提高。

（4）規范澆鑄工藝后，減少了因操作不當產生的夾雜，連鑄坯外形尺寸精度得以提高。設備改造后，采用非正弦振動系統，實現振動曲線根據工藝需要的任意調整，顯著提高連鑄坯的質量、軋制的成材率、鑄機作業率，降低振動框架修復和更換的維護費用、漏鋼事故的發生率，鋼水正常的情況下拉速控制在1.40 ～1.50 m/min，如圖5 所示，日均產量可達2 800 噸。

圖5 板坯澆鑄工藝參數顯示

5 結論

（1）本文分析了連鑄坯存在表面裂紋、輕微鼓肚、劃痕等表面缺陷及鑄坯內部存在非金屬夾雜物、中心偏析、中心裂紋等內部缺陷原因，制定了優化脫硫工藝、煉鋼終點及吹氬工藝、鋼水澆鑄溫度、連鑄澆鑄工藝等改善措施，有害元素S 得到了有效控制，非金屬夾雜明顯減少，鑄坯質量得到改善，帶鋼軋制破邊比例由2.5 %降至0.3 %，冷彎合格率從86.3 %提高到98.5 %，帶鋼質量有大幅度的提升。

（2）影響連鑄機提速是因為成品硫高、氬后氧含量控制不合理、連鑄設備落后老化造成，通過優化脫硫工藝，優化脫氧吹氬工藝，升級改造連鑄設備，提高了鋼水的可澆性、潔凈度，澆鑄拉速由1.25 m/min 提升至1.45 m/min，月均產能提升到8 萬噸以上，產能得到充分釋放。