连铸生产20号钢方坯的初步实践

连铸生产20号钢方坯的初步实践葛惠宇摘要介绍了湘潭钢铁公司第二炼钢厂连铸生产供轧制无缝钢管用的150mm×150mm断面20号钢连铸坯的试生产及批量生产的情况,对钢水质量、温度、拉坯速度、冷却配水制度等影响铸坯质量的情况进行了分析与总结,并据此提出质量控制措施。关键词炼钢连铸20号钢无缝管坯PreliminaryPracticeinContinuousCastingof20#SteelBilletGeHuiyu(XiangtanIron&SteelGroupCo.Ltd.)AbstractThiepaperintroducescontinuouscastingof20#steelbillets(150mm×150mm)forrollingseamlesstubesintrialandbatchproductioninNo.2steelmakingPlantofXiangtanIron&SteelGroupCo.Ltd.Thefactorsinfluencingbilletquality,suchasqualityandtemperatureofmoltensteel,castingspeedandcoolingwatersupplyhavebeenanalyzedherein,uponwhichqualitycontrolmeasureshavebeenputforward.Keywordssteelmakingcontinuouscasting20#steelseamlessbloom1前言为适应市场需要,湘潭钢铁公司第二炼钢厂于1997年4月转炉试生产和批量生产了150mm×150mm20号钢连铸坯。针对20号钢的冶金特性,在生产过程中,对钢水质量、连铸温度、拉坯、二冷配水等方面的控制做了些有益的尝试,通过实践摸索出该钢种连铸生产工艺及质量控制制度，为今后规模生产奠定了基础。2炼钢及连铸设备情况湘潭钢铁公司二炼钢厂现有1座900t混铁炉,2座公称容量为50t的顶底复吹转炉(实际平均出钢量75t),2座钢包吹氩喂线精炼站,1座LF钢包精炼炉(未正式使用),由于受气源等因素限制,转炉底吹系统未上,每炉钢平均冶炼周期为40min,炉后钢水罐容量为90t,钢水经精炼站吹氩、调温和喂丝处理后吊至钢包回转台浇注。该厂现有2台连铸机,2号为4机4流克虏伯连铸机,于1995年1月投产,3号为8机8流罗克普连铸机,于1996年9月投产,连铸机的主要技术参数见表1。表1连铸机主要技术参数项目2号连铸机3号连铸机机型克虏伯全弧形罗克普全弧形机数及流数4机4流8机8流铸坯规格/mm×mm×mm150×150×1200(240×240×3800)150×150×1200弧形半径/m9/17.58冶金长度/m17.0611.7工作拉速/m.min-11.71.7流间距/mm12501250钢水罐容量/t9090中间罐容量/t2230结晶器铜管长度/mm700810引锭杆形式链式刚性二次冷却足辊水冷:一区、二区气水冷却一区水冷、二区Ⅰ段、Ⅱ段水冷切割方式火焰切割火焰切割320号钢连铸工艺控制原则20号钢在浇注凝固过程中会发生如下包晶反应:δFe(固)+L(液)→γFe(固)(温度约在1495℃)随着上述反应,会出现如下特性:产生较大的体积收缩(约3.57%)和线收缩;锰、硫、磷、碳等元素在铁素体(δFe)和奥氏体(γFe)中扩散能力和分配系数对凝固后偏析有严重影响,具有特定的强度性质和热塑性。由于20号钢包晶反应收缩、扩散、偏析及强度与塑性的变化,影响坯壳在结晶器中的形成,在进一步冷却凝固过程中对热应力及机械应力较敏感,因而容易产生内部及表面裂纹等缺陷,属于低碳钢中质量难保证的品种。我厂生产的连铸坯主要用于生产无缝管管坯,而无缝钢管穿管工艺对连铸坯表面及边、角裂纹较敏感,若铸坯上存在一定程度的这些缺陷,将导致无缝管出现外析、表面裂纹等质量问题,降低轧制合格率及成材率。因此,制定20号钢合格的钢水质量控制及连铸工艺制度,特别是确保连铸钢水在结晶器、二冷段得到较弱的、均匀而有效的冷却,控制好凝固过程,是保证20号钢连铸坯实物质量的关键所在。4试生产情况1997年4月湘钢二炼钢厂在2台连铸机上试生产了4炉164.64t20号钢150mm×150mm小方坯,试生产情况如下:4.1钢水质量的控制4.1.1钢液成分20号钢冶炼按内控成分C:0.18%～0.20%、Si:0.20%～0.30%、Mn:0.40%～0.60%、P:≤0.030%、S:≤0.020%冶炼。4.1.2脱氧及炉后处理钢水采用罐内脱氧,终脱氧剂的加入量见表2。表2终脱氧剂加入量终点［C］/%终脱氧剂加入量/kg.炉-1Si-Al-FeSi-Ca≥0.1025500.06～0.105075钢水处理:要求上台浇注前钢水须经5min以上吹氩处理。吹氩方式为氩枪顶吹,压力为0.25～0.30MPa。严禁暴吹吊吹,于精炼站进行喂硅-钙线处理,喂线量见表3。表3喂Si-Ca线量终点［C］/%Si-Ca线/m.炉-1≥0.101200.06～0.101504.1.3钢水温度控制出钢温度为1720～1730℃,各浇次第一炉出吹氩站温度为1650～1655℃,连浇炉次出站温度较第一炉低10℃。4.2连铸工艺4.2.1生产准备受试生产及现场各种因素限制,3号连铸机在试生产期间根据开1个中间包4机4流组织生产。要求钢水罐及中间罐干净无杂物,钢水罐预先送到在线烘烤位,包衬温度＞800℃,确保红包受钢,中间包水口大火烘烤时间1h以上,包衬烘烤时间＞50min,3号连铸机采用外装式下套式水口,水口直径Ø16mm。2号连铸机采用内装式浸入式水口,水口直径Ø20mm,要求中间包液面达400mm才能开浇,浇注时中间包液面稳定在400～500mm。4.2.2连铸拉坯速度借鉴国内兄弟厂20号钢生产经验,结合我厂的生产实际情况制定出20号钢连铸拉速(见表4)。表4150mm×150mm20号钢连铸拉速中包/℃＜15301530～15401541～1550＞1551拉速/m.min-1≯1.751.70～1.601.60～1.50≯1.504.2.3二冷配水制度根据两台连铸机二冷水环、喷嘴不同的分布方式,按照铸坯冶金凝固控制准则,制定出二次配水制度为:比水量控制在0.7L/kg左右,2号连铸机足辊、一区、二区水量按3:4:3控制,3号连铸机水冷一区、二区Ⅰ段、二区Ⅱ按4:3:4水量控制,水量根据拉速调节。拉坯过程中可根据坯温酌情增减水量。4.2.4铸坯质量试生产的4炉20号钢连铸坯尺寸及表面质量符合要求,但内部存在一定程度的边、角裂纹与中心裂纹,低倍质量不合格(见表5),不过根据分析,在生产过程中只要采取相应措施这些铸坯缺陷完全可以避免。表5试生产20号钢150mm×150mm铸坯缺陷原因分析铸坯缺陷产生原因现场观察情况边、角裂纹钢水过热度大,冷却强度大,冷却不均匀,浇钢时铸坯回温严重钢水温度高,坯出二冷区角部发黑,且温度不均匀中心裂纹钢水过热度高,二冷强度大上台温度大多在1640℃以上,冷却强度实际达到0.8～1L/kg甚至更高。皮下气泡脱氧不良,保护渣受潮冷坯表面偶见针孔,进轧钢加热炉后,去掉氧化铁皮可见气泡、针孔4.2.5改进措施(1)严格控制上台温度和吹氩制度,将钢水过热度控制在30℃以下。(2)控制冷却水量在0.70L/kg以下。(3)浇钢前认真检查确认喷嘴安装角度,杜绝堵塞、歪装现象,确保二冷效果。(4)改进3号连铸机的二冷进水方式,杜绝水条漏水现象,确保水量计量准确。(5)根据连铸坯的坯温调节水量,减少铸坯回温现象,保证连铸坯的矫直温度＞900℃,避开钢的高温脆性区。(6)减少过氧化钢,增大终脱氧剂加入量,根据终点［C］,将硅-铝-铁的加入量增至50～70kg/炉,硅-钙的加入量增至120～150kg/炉,在吹氩站按30m/炉的量喂入铝线,使钢中Al,在0.006%左右,避免皮下气泡。(7)加强保护渣管理,受潮或未经烘烤的保护渣严禁用于生产。5批量生产根据试生产情况,我厂采取了质量改进措施,并于1997年4月下旬生产了86炉5504.22t20号钢铸坯,其质量较有明显改善。6结论我厂生产的150mm×150mm20号钢小方坯连铸坯虽积累了初步经验,但毕竟刚刚起步,工艺、质量控制水平有待在进一步的实践中总结、完善和提高。要提高铸坯质量,满足轧管要求,必须继续做好以下几方面工作:(1)把住钢水质量关,减少过氧化及脱氧不良钢,确保钢水成份、温度及可浇性满足连铸要求。(2)进一步规范精炼站操作,严格执行吹氩操作制度,搞好生产全线温度及工序时间管理,杜绝违章操作。(3)严格执行连铸操作规程,提高操作工人质量意识,操作者应学会根据坯温等实际情况随时调整拉坯参数,动态控制好铸坯实物质量。(4)搞好结晶器、振动台、二冷水环、喷嘴、水阀、流量计等设备维护、检修、检查,确保浇钢“硬件”满足要求。(5)建立20号钢二冷配水动态控制最佳模型,实现拉速和水量的串级控制。联系人:葛惠宇，湖南湘潭市(411101)湘潭钢铁集团有限公司第二炼钢厂技术科作者单位：湘潭钢铁集团有限公司参考文献1蔡开科主编.连续铸钢.北京:科学出版社,19902陈家祥主编.连续铸钢手册.北京：冶金工业出版社,1991