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最火济钢板坯连铸高效生产技术的开发与实践

发布时间:2021-10-02 09:00:17 阅读: 来源:氨水厂家

济钢板坯连铸高效生产技术的开发与实践

摘要:通过对现有装备和工艺技术能力进行系统分析,济钢第一炼钢厂实施了全程保护浇注系统工艺优化、长寿命中间包技术、板坯结晶器表面镀层技术优化、铸坯诊断模型的建立、结晶器液面自动控制技术等,初步实现了高效化生产。

关键词:高效连铸;保护浇注;长寿中间包;表面镀层;诊断模型

1 前言

高效连铸工艺技术主要以保证铸坯质量为前提,和树脂基复合材料相比以高拉速、高作业率为基本手段来实现高质量、低成本。实现铸机的高效生产不仅需要科学管理,更重要的是持续不断的技术创新,采用优质耐材和先进工艺、设备技术,以不断提高铸机工艺技术装备水平。

济南钢铁集团总公司第一炼钢厂(简称济钢第一炼钢厂)现有25t转炉3座,配套连铸机5台,其中四机四流120mm×120mm方坯连铸机1台,R6m150mm×850mm板坯连铸机2台,R6.5/12m180mm×1050mm板坯连铸机1台,200mm×1250mm超低头板坯连铸机1台。针对但却是1次首创性的飞行实际生产中存在的薄弱环节,济钢第一炼钢厂进行了系统优化改造,进一步发挥了板坯铸机的潜能,提高了质量,降低了成本。

2 高效改造技术方案

2.1 全程保护浇注系统的工艺优化

2.1.1 钢包加盖及纳米保温技术 济钢第一炼钢厂受老厂房限制,铸机钢包浇注时均无加盖保温措施,包口热损耗大。据统计钢包包口处钢水温降高达81℃/h,虽然采用了炭化稻壳及覆盖剂,但仍有30%左右的热能损失,造成浇铸后期温降大,钢水流动性差,拉速不稳,操作波动大,影响浇铸质量。并且由于包口热损失大,钢包渣面容易结壳。为了解决这些问题,决定钢包包盖内衬选择轻质耐火材料、纤维毡或纯铝酸钙水泥组成的浇注料,重约400~500kg/m3,采用天车吊挂更换;钢包的保温层采用热屏蔽绝热板代替原来的轻质砖。采用钢包加盖工艺及纳米保温工艺技术降低钢包温降,到站温度降低5~10℃,稳定了中包温度;同时避免了钢包渣面结壳,有利于覆盖剂吸收上浮的夹杂物和包口渣的清除。

2.1.2 钢包长水口氩封 大包到中间包钢水裸露在空气中,高温钢水在浇注过程中被空气二次氧化,产生吸气,增加钢中[N]、[H]、[O],产生的氧化物夹杂易污染钢液,造成铸坯内部夹杂级别增高。另外,钢水飞溅容易造成烫伤、烧伤。根据现场实际分别设计了不同的大包到中间包的保护浇铸装置,采用保护套管并辅之以吹氩密封保护,使用效果较好。

2.1.3 浸入式水口氩环气封 中间包与结晶器之间采用下部套装更换浸入式水口的同时,用氩环进行吹氩密封,防止水口间因接触不实而吸气。

2.1.4 长寿命水口的开发研制 过去济钢第一炼钢厂使用的普通铝碳水口寿命短,主要原因是渣线、分流孔侵蚀过快导致损坏,平均寿命只有3.5炉,水口更换次数多,不仅吨钢成本高,而且造成铸坯夹杂物增多。为此,对不同铸机浸入式水口的渣线部位进行了复合,改进整体材质。复合材料选用耐高温、抗渣侵蚀、热稳定性好的ZrO2,渣线部位ZrO2含量达79.32%,常温耐压强度也由原来的24.60MPa提高到27.20MPa。水口使用寿命由原来的平均3.5炉提高到8炉后,针对试验存在的问题继续优化改进,目前水口平均寿命已超过10炉,最高达到了22炉。由于水口寿命延长,大大降低了钢铁料消耗,同时拉速得以稳定,也起到了净化钢质和减轻劳动强度的作用,对产量的提高有一定的作用。

2.2 长寿命中间包技术

济钢第一炼钢厂中间包内衬原砌筑绝热板,1999年在3#、4#板上试用涂抹料,中间包寿命由12~13炉提高到22~26炉。但板坯中间包平均寿命提高到30多炉后,由于中间包功能耐材损坏侵蚀严重,限制了中包寿命的进一步提高,成为制约中包寿命提高的“瓶颈”。

2.2.1 优化中间包砌筑工艺,提高冲击区抗冲刷能力扩大中间包冲击区的宽度,根据铸机的作业区间,选用不同的改进方式:

(1)3#板实施了扩容方案,冲击区两侧各扩宽了200mm,总宽度增加400mm。

(2)4#板永久层由平砌改为立砌,两侧各扩宽了50mm,总宽度增加100mm。

(3)针对4#板坯中间包窄,在大包钢流冲击区三面贴Mg-Cr质壁板,壁板尺寸:

侧面壁板:500mm×800mm×30mm

窄面壁板:550mm×750mm×30mm

壁板材质:Mg-Cr质

密度:2.6kg/m3

为保证冲击区的耐冲刷力,设计了耐侵蚀性能良好的镁铬质绝热板,砌筑在中包包壁3个方位,增加冲击区耐材的强度,提高抗钢流翻转冲刷的能力,防止包衬冲刷剥落,保证包龄的进一步提高。实施后,砌用镁铬质绝热板的中间包最高包龄达到了80炉,平均包龄达50多炉。

2.2.2 改进涂抹料材质及工艺涂抹料质量波动大,易出现裂纹、脱落、凹坑等现象。通过提高涂抹料中MgO含量,增强原料的体积密度,减少线收缩率,使原材料在使用时具有高的抗侵蚀性。试验不同成分及不同粒度的产品,摸索不同的涂抹方式,找出合理的化学指标和合适的颗粒配比,确定作业的最佳方式,达到提高涂抹料质量稳定性和耐侵蚀性的目的。

2.2.3 根据塞棒、上水口侵蚀状况,对塞棒渣线、塞头,上水口碗口部位,采用新型材料-复合锆碳,提高其抗冲刷、侵蚀能力(见图1、2)。

图1 塞棒复合示意图

图2 上水口结构示意图

2.2.4系统研究,全面提高生产组织强化设备维修、提高铸机作业率,加强生产组织协调,保证钢水衔接时间,减少非计划停机;稳定吹炼工艺参数,提高操作水平,强化生产衔接,降低出钢温度,减少高温钢水对耐材的冲刷侵蚀。

2.3 板坯结晶器长寿技术的优化

2.3.1 水缝母材方面 对结晶器水缝进一步优化改进,宽面铜板紧固螺栓孔两侧的水缝由26mm加深为28mm,增强螺栓附近的冷却,均匀铜板表面传热。选用强度、硬度等性能更好的CrZrCu板,取代AgCu板。

要求这些表面在器械和体内织织/动脉之间具有尽可小的阻力

2.3.2 宽边表面镀层 保护母材、减轻母材磨损是提高铜板使用寿命的关键。根据结晶器各部位的热流和磨损不同,及目前4#铸机结晶器铜板母材及镀层存在的问题,系统分析,进行优化选择设计,逐步淘汰AgCu板镀Cr技术结晶器。

(1)镀层厚度设计与分析:根据铸坯在结晶器上下口冷却传热的不同特性:沿结晶器高度热流是逐渐降低的,在弯月面区域热流密度最大,以后逐渐减少。在结晶器弯月面及上部区域与坯壳接触最好,且镀层比铜板的传热阻力大,因此镀层不易太厚,以防坯壳粘结或粘钢。结晶器下口坯壳较厚且硬,下口镀层适宜较厚一点,一方面减缓传热,促进坯壳与结晶器的均匀接触、均匀传热,另一方面提高结晶器下口的耐磨性,保护铜板母材。结晶器镀Cr层易剥落,每次拉钢后铜板表面普遍存在2~4mm的划痕和凹坑,特别在结晶器中心线以下部位,主要集中在结晶器400mm以下,剥落处磨损露铜、并且坑坑洼洼修镀的加工量很大,新铜板修镀3~5次即报废,铜板耗量大,成本高。为此进行镀层厚度的梯度设计(见图3),即在结晶器上口采用较薄的镀层设计,这样既不影响铜板的导热性,又能有效的防止铜板在弯月面附近产生的热裂;下口区域采用较厚的镀层设计,既促进了铸坯的均匀传热,又保证了镀层磨损需要,保护了母材铜板,提高了结晶器铜板的使用寿命。其次根据结晶器窄面磨损程度大于宽面的现状,窄面镀层厚度要求取图3中上限尺寸,以确保宽面板与窄面板使用寿命同步。

图3 镀层厚度设计

(2)镀层种类选择:镀铬层的耐飞溅性好、耐磨性高,但耐剥离性差,因此镀Cr层不能太厚,否则更容易剥落。济钢4#铸机结晶器原采用镀Cr设计,结晶器上、下口厚度相同,目的是利用Cr的耐磨性。但镀Cr易产生应力集中,且Cu与Cr热膨胀系数差异大易造成镀Cr层的剥落,直接导致母材铜板损伤脱落。本着镀层既不能剥落、又能提高铜板耐磨性的原则,根据母材及镀层的不同特性(见表1),选择不同的镀层技术,先后进行了AgCu板表面Ni+Cr复合电镀技术、CrZrCu板表面镀Ni-Fe合金技术、AgCu板表面镀Ni-Co合金技术试验。表1 结晶器铜板镀层技术性能

镀层CrNi+CrNi-FeNi-Co热传导率/(m.k)-166.375.6~83.762.8~86.183.7热膨胀系数/×106℃-1714~16.71414硬度HV>600200/

2.3.3窄面铜板宽度修复采用电镀修复法,弃用角垫板。即新铜板使用下线后根据侧壁(与宽面接触面)变形量加工、电镀修复到规定铜板宽度。过去结晶器窄边修复主要采用添加角垫板的办法,在实际修复过程中发现角垫板法存在很大弊端:

(1)角垫板法因采用开槽沉头式螺钉定位,而定位螺钉头部需一定厚度;

(2)角垫板(材质为Cu)的加工和使用需一定厚度,角垫板太薄则易变形。在实际生产中结晶器使用后上口母材铜板收缩变形,一次的加工厚度至少大于2mm,从而造成结晶器窄边修复次数减少、备件消耗增加。采用电镀方法可有针对性微量加工修补,使用后的收缩变形仍从电镀修复后的尺寸开始,大大减少了母材修复加工量。

2.4 板坯连铸快速更换浸入式水口技术

在3#、4#板坯铸机逐步采用快速更换浸入式水口实现全封闭浇注,杜绝换水口停速、敞浇等带来的夹杂、裂纹缺陷和接头废坯损失,进一步提高铸坯质量、降低生产成本。

2.5 采用结晶器液面自动控制

引进法国技术,采用浮子法在4#铸机实现结晶器液面自动控制技术,稳定了结晶器液面,结晶器液面波动2mm,小于手动控制万能实验机的选购技能?上面的内容就是针对这个问题做的详细的介绍了的±10mm,大大提高了铸坯质量和操作的稳定性。

2.6 建立铸坯诊断模型

根据凝固理论,以Q235B、Q345B等钢种建立中间裂纹诊断模型,根据生产实践对理论凝固系数进行校对分析,作出不同铸机、不同拉速下凝固曲线图。

在低倍及硫印图上发现铸坯缺陷时,可测量缺陷位置对应拉速选取不同的凝固曲线,从凝固曲线查到相应的辊号,检查该区域的铸机的状态,诊断分析设备状况或工艺不当对此的影响,从而对设备、工艺参数加以调整、改进,以达到及时准确提高铸坯质量的目的。

3 应用效果

3.1 中包寿命提高

采用全程保护浇注和使用纳米新型绝热材料后,钢包、中间包包壳散热减少,整个系统钢水的热损失减少, 因此转炉冶炼终点温度降低了5~10℃,钢水内在质量也有明显提高,稳定了连铸浇注条件,利于实现铸机的低过热度浇注,减轻对中包耐材的冲刷侵蚀,并且通过应用长寿命中包技术和功能耐材锆质复合技术,中间包寿命平均提高33.5炉,连浇时间提高22h,减少了换包次数,提高了铸机作业率。如表2所示。表2 中间包寿命对比炉

转炉1999年2000年2001年2002年3#19.327.638.955.34#21.326.039.153.8

3.2提高铸机作业率和机时产量

铸机连浇时间的延长以及铸机的非计划停机的减少,使铸机作业率由76%提高到88%;由于采取了上述一系列技术措施,稳定了连铸生产,达到了增产增效目的,板坯铸机平均拉速提高了0.05m/min,机时产量大幅度提高。

3.3 浸入式水口寿命得到很大提高

通过应用锆质复合技术,浸入式水口寿命由2001年的平均4.5炉提高到10炉左右。

3.4 结晶器使用寿命大幅度提高

CrZrCu板镀Ni-Fe技术和AgCu板镀Ni-C铜板及镀层表现出较高的抗变形性能和抗磨性能,使用效果良好,改善了目前结晶器铜板变形、镀Cr层剥落现象,并可有效防止渗铜现象,利于减轻板坯表面裂纹及星裂缺陷。2002年新型结晶器镀层技术在板坯铸机的推广应用,大大提高了结晶器平均使用寿命,如表3所示。表3 1997~2002年4#铸机结晶器寿命变化炉

项目1997年1998年1999年2000年2001年2002年平均寿命最高寿命

3.5 提高钢水收得率

采用中间包快速更换水口技术,一方面可减少铸坯接头废钢,增加产量;另一方面可缩短换水口降速、提速时间,稳定生产提高产量。采用普通水口,每次换水口必须产生接头废钢,每次接头废钢长度约700~900mm,按800mm计算,4#板坯一年使用浸入式水口2200支,则年减少废钢3476t。其次由于铸坯质量提高,事故减少,生产稳定顺行,减少了钢水损失,提高了钢水收得率。

3.6 铸坯质量提高

采用全程保护浇注工艺和使用新型绝热材料后,稳定了连铸工艺,大包至中包、中包至结晶器的保护水口吹氩环,可明显防止钢水吸气,钢中[N]、[H]、[O]均有不同程度地降低,并有效避免了原大包渣面结壳现象,使钢液面上面的熔渣始终保持为液态,有利于覆盖剂吸收钢水中上浮的夹杂物,且便于注后清渣。

1999~2002年铸坯合格率分别为97.67%、98.06%、98.41%、98.45%,铸坯表面质量逐年提高。铸坯内部质量有了明显改善,铸坯内部低倍评级降低了0.5级。

通过高效连铸技术的开发与应用,铸坯表面和内部质量的保证能力和检测能力得到很大提高,大大提高了铸坯质量,减少了轧制废品,确保了钢板轧制分层、裂纹、夹杂废品的减少。

3.7 缩短生产周期

实施高效连铸前,铸机机时产量远小于轧机能力,铸坯的表面缺陷较多,只能采用冷送冷装工艺。由于所有铸坯需离线冷却、检查、精整,然后再运输到轧钢厂,通常最低需要1~2天。而经过一系列铸机高效改造后,连铸坯质量和产量都满足了热送热装工艺要求,从连铸开始到热轧成材的时间大大减少,产品生产周期的大幅度缩短降低了流动资金的占用,加快了资金周转,其带来的经济效益是非常巨大的。

3.8 提高铸坯红送率

由于济钢第一炼钢厂的铸坯一次合格率得到了较大的提高,基本上满足了红送直接轧制的要求,铸坯红送率达到73%以上,红送坯表面温度大于700℃。铸坯红送热装比例的提高,充分利用了铸坯的热能,节约了大量的煤气资源,同时轧钢系统产量得到了大幅度提高,质量也得到了进一步改善,一火成材率提高。

4 结语

济钢板坯铸机经过一系列高效技术的开发和应用,使铸机拉速和钢水纯净度得到很大提高,钢中夹杂减少,实现铸机恒温恒速浇注,生产得以稳定,同时职工劳动强度和劳动环境得到了改善,减少了各种生产事故,更重要的是整个铸机系统高效运行,为企业的发展增强了后劲。(end)

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