玉钢板坯提速增质实践

李兴岗 包从佼 蒋济军 尹志勇 李俊龙

（玉溪新兴钢铁有限公司）

1 前言

随着云南省社会经济发展及产业政策调整，省内钢材市场对板材的需求量逐年上升，近年来年均增幅达20 %以上；但当前昆钢的产品结构是以建筑钢为主，产品结构单一，在日趋激烈的市场竞争中已不具备竞争力；为优化公司产品结构，提升公司产品综合竞争能力，决定开展玉钢板坯提速增质的研究，提高中宽带系列产品的品质和产量，使其更能适应市场竞争的发展战略需要。

根据热轧板带材的发展形势，板带的外观“美”已成为市场竞争的重要指标。热轧带钢产品质量指标主要包括尺寸与形状精度、表面质量、力学性能三个方面。连铸坯的质量很大程度上决定着带钢力学性能、表面质量。在生产过程中，板坯经常出现外形及质量缺陷，导致带钢破边率、冷弯裂纹率较高。玉钢炼钢目前主要生产180 mm×500 mm ～180 mm×710 mm 断面的板坯，但连铸生产过程中，浇铸速度一直局限于1.2 m/min ～1.3 m/min，很难继续有更高的突破。拉速过低、铸坯质量缺陷，严重影响到板坯的生产效率，同时造成带钢降价销售、玉带形象受损。针对以上原因对板坯生产工艺进一步优化，充分释放板坯铸机产能并提高铸坯质量。

2 连铸坯质量缺陷及影响铸机提速的原因分析

2.1 连铸坯质量缺陷原因分析

从带钢产品存在冷弯裂纹、破边等情况，检查连铸坯是否存在质量缺陷，对100 炉钢约5 500吨钢进行铸坯表面质量检查，发现部分连铸坯存在表面裂纹，轻微鼓肚、划痕等外形缺陷，如图1所示。

图1 缺陷铸坯外观

从铸坯低倍酸浸样中可以看出，铸坯存在内部缺陷，有细条状硫化物、球型或不规则形状的氧化物、中心偏析、中心裂纹等，如图2 所示。

图2 板坯低倍组织

（1）分析铸坯外观缺陷，铸坯存在局部纵裂纹，由于浇铸过程结晶器液面不稳定、钢中硫元素超标造成。铸坯鼓肚由于铸坯导向区域辊缝调整不当，设备检修不到位造成。表面划痕是由于浇铸过程中段位堆渣，铸坯冷却状况不好造成的。应规范优化浇铸工艺，强化连铸设备检修，保证铸坯外观尺寸。

（2）非金属夹杂物对钢材的性能会造成不良影响，钢中非金属夹杂物含量高，会使钢的加工性能变坏，破坏钢材的连续性，形成裂纹源。炼钢应尽量去除硫元素，减少硫化物量，提高钢材的性能。炼钢厂脱硫任务主要在脱硫站，应优化脱硫工艺，提高脱后硫的合格率及稳定性。同时，应提高转炉冶炼终点合格率，降低钢水的氧化性，减少脱氧产物的产生。适当延长吹氩时间，让夹杂物充分上浮。浇铸过程规范操作，减少浇铸操作不当产生的夹杂物。

（3）铸坯中存在中心偏析、中心裂纹，产生的原因较为复杂，从可知可控角度浅析，铸坯中心呈不连续的黑点，由硫化物含量高、浇铸温度偏高造成。应尽量去除有害元素硫、控制合理的浇铸温度。

2.2 影响铸机提速的原因分析

（1）生产过程中，连铸坯成分的硫含量不稳定，存在硫超标的情况，硫高会因“热脆”导致裂纹发生漏钢事故，硫含量超内控的炉次拉速只能控制在1.0 m/min 以下，成品硫高成为铸机提速的卡点。

（2）生产中偶有结水口的现象，更有甚者把水口结死，铸机非计划停浇，影响铸机的生产。结水口严重炉次，停浇后对水口拆解，水口中存在高熔点物质Al2O3，如图3 所示，说明脱氧产物上浮不良，喂入Al 线超量，钢水脱氧过度，可浇性差。影响铸机的正常生产，对提高铸机的产量不利。

图3 中包下水口异物

（3）1#板坯连铸机机型为二机二流直弧型连续弯连续矫直板坯连铸机，该设备投产已使用近16 年的时间，设备老化及设计技术落后。在生产过程中，机械振动振幅精度低，左右偏摆弧度较大，铸坯易产生纵向及横向裂纹，在拉速1.15 m/min ～1.20 m/min 时存在设备共振现象，该现象经过多次调整改进后仍然得不到有效解决，该机械振动拉速一直无法得到根本性提高，且设备维修率高，维修成本较大。同时由于设备所处地点狭窄且空间受限，设备的点检、维护非常困难。由于点检困难，冷却及润滑不到位导致振动减速机、蝶环、板簧等损坏的情况时有发生，从而被迫更换振动框架或导致生产中断。给设备维护、检修、生产带来较大影响，板坯连铸机作业率低。

3 板坯提速增质的措施

3.1 优化脱硫工艺

由于钒钛矿冶炼的特点，铁水经常出现低温、高硫情况。铁水脱硫的重任体现在炼钢脱硫站，喷吹脱硫的脱硫效率、脱后硫的合格率直接影响钢坯中的硫含量。针对铁水成分、温度不稳定的现状，优化脱硫剂的配比、脱硫工艺参数及开展炉后洗渣脱硫等工作，保证成品硫稳定、合格。

（1）优化脱硫剂配比

通过对标找差，发现玉钢的脱硫剂用量大，脱后硫不稳定，扒渣铁损高、脱硫效率低。为了提高脱硫效率，玉钢炼钢厂协同昆钢濮耐公司共同对脱硫剂的质量进行改善，经过多次的实验对比，有目的的调整脱硫剂的成分配比，找到脱硫效率较高的成分配比，降低了脱硫剂的用量，提高了脱硫效率。为降低生产成本，脱硫剂采用成本最低的CaO 系。根据CaO 脱硫的特点，从提高脱硫剂CaO 含量及活性度；增加CaF2含量，破坏石灰粉粒表面生成致密的硅酸二钙（2CaO·SiO2）；提高脱硫剂的细度，增加比表面积；加入提高硫活度的元素Al 等方面入手，试验出脱硫能力更强的脱硫剂。

（2）优化喷枪枪位

生产中经常出现脱后硫不高，但倒炉硫高的情况，排除废钢及加入辅料等因素的影响，发现存在脱后硫不具代表性，铁包中的喷吹铁水不均匀的情况。在不产生喷溅的前提下，喷枪枪位插入深度应尽量加大，在包底不留死角，使脱硫剂和铁水充分混合反应，保证喷吹脱硫的动力学条件，喷枪插入深度直接影响到脱硫效果。经过跟踪实践：铁水在铁包内的净空高度需保证≥500 mm，脱硫喷吹枪位距包底的距离控制在100 ～150 mm，脱后硫代表性较强。

（3）炉后造渣脱硫

玉钢没有精炼炉，出钢后处理手段有限，生产节奏紧张时，偶有倒炉硫高的现象，开展炉后渣洗脱硫操作，经过现场跟踪研究，倒炉终点硫高，需要进行炉后渣洗脱硫的炉次，要求提高终点出钢温度10 ℃以上，加入渣洗料后吹氩要求软吹7 min，使用包盖盖住，减少与空气接触，尽量营造还原气氛，造白渣。石灰加入量按100 ～200 kg/炉控制，保证石灰充分熔化是关键；炉后铝线加入量严格按氩前氧参考值控制，确保吹氩时间，防止铸机出现结水口现象。

3.2 炼钢终点及吹氩工艺控制

玉钢采用提钒炼钢模式，热量不足，钢水氧化性强，经常出现氧含量不稳定的情况，氩后氧含量控制过高，板材上出现破边的概率高；脱氧过深则导致钢水氧含量偏低，可浇性差，浇铸过程中Al2O3熔点（2 030 ℃）过高，在浇铸过程中凝固析出，造成中包插入水口“结水口”浇铸不畅的现象，同时由于吹氩操作的不规范，容易导致钢水温度、成分不均匀，钢水夹杂物不能充分上浮，影响钢水质量。为解决上述问题，开展优化炼钢脱氧吹氩工艺，以保证钢水质量。

（1）降低钢水终点氧化性，减少夹杂物量

在转炉吹练过程中，由于不断向熔池供氧，使钢水中溶解了一定数量的氧，达到终点时，跟据C-O 平衡理论可知，终点C 含量越低，钢水氧化性就越强，钢水的氧化性影响钢的洁净度。钢中氧含量低，对减少钢液中的氧化夹杂物有利，能很好的控制板坯的洁净度。冶炼板坯时，合理控制废钢用量，使热量略有富裕，对提高一次拉碳率有利。为了提高炉长的操作技能，常态化开展炉长拉碳实作考评，提高炉长对终点的把控能力，降低钢水终点氧化性，减少夹杂物量。

（2）强化脱氧吹氩操作

在无精炼设备的情况下，脱氧和吹氩操作更为重要，脱氧吹氩环节是冶炼工序质量控制的最后一环，决定着钢水去向连铸的最终成分、温度情况。合理脱氧，将氧含量控制20 ～40 PPm，保证钢水质量，为板坯生产提供高质量钢水，同时为连铸浇铸创造优质条件，确保板坯浇铸的顺行。吹氩搅拌能达到加速夹杂的析出，均匀钢水成分、温度，去除一定量的气体含量，保证钢水质量，为后续的浇铸和轧制创造良好条件。根据生产实践规定板坯生产吹氩时间由≥5 min 提高至≥8 min，在出钢过程要求吹氩压力控制为0.6 MPa ～0.7 MPa，到站吹氩压力控制为0.3 MPa ～0.5 MPa，氩泡直径控制在20 ～30 cm 为宜。

3.3 优化钢水的浇铸温度

钢水温度是决定连铸顺利与否的首要因素，同时它又在很大程度上决定了连铸坯的质量，过高和过低的钢水浇铸温度都会对连铸带来不利影响。钢水浇铸温度过高，增加非金属夹杂，影响板坯内在质量；铸坯柱状晶发达，铸坯组织质量变差；中心偏析加重，易产生中心线裂纹；浇铸拉速慢，铸机机时产量低。钢水浇铸温度过低，容易发生水口堵塞，浇铸中断；铸坯表面容易结疤、夹渣、产生裂纹等缺陷；非金属夹杂不易上浮，影响铸坯内在质量。根据生产实践，严格控制钢水氩前氩后温度，保证中包温度在1 540 ℃～1 550 ℃，拉速较快，铸坯组织良好，如遇有包底、新钢包、返修包氩后温度提高10 ～20 ℃，保证浇铸后期生产正常。

3.4 优化板坯浇铸工艺及设备

针对板坯生产过程中相关问题、铸坯存在表面质量及外形尺寸缺陷，从浇铸工艺和设备两方面制定了相关的控制措施。

（1）浇铸工艺控制

板坯采取全程保护浇铸，严禁大包敞开浇铸，钢包长水口插入钢水内深度要求≥150 mm，确保中包包盖完好，中包覆盖剂按要求合理使用，浇铸过程中认真检查中包内钢水情况，确保钢水不裸露，不结冷钢。板坯大包浇铸原则上要求全程保证中间包满包浇铸，中间包内钢液面要求必须≥700 mm，保证钢水内的夹杂物充分上浮。中包必须严格执行排渣制度，尤其在使用≥16 h 的中间包时，中间包内渣层厚度达到120 mm 时必须进行中间包排渣操作。规范加渣捞渣操作，确保结晶器内渣层洁净，出现渣圈时及时捞出，并清理干净。严格按工艺要求调整结晶器倒锥度，调整过程中严格按“上拉下顶式”调整，保证铸坯外形尺寸的精度。优化二冷工艺，确保冷却均匀，加强二冷设备的维护，杜绝铸坯表面缺陷，保证铸坯冷却效果和质量。

（2）设备改进

连铸板坯设备结构复杂，且设备情况对铸坯质量起决定性作用。将连铸机振动框架由正弦振动改为非正弦振动并改成自动液面浇铸，同步对中包烘烤、油汽润滑及二冷配水阀门、管路的进行升级改造。同时加大设备维护点检力度，利用停机时间做好各段位的检修维护工作，避免浇铸过程中段位堆渣。

4 各项措施实施取得的成果

（1）通过对脱硫工艺的优化，解决了钒钛铁水硫高、温度低及生产节奏不均衡等问题，使脱后硫合格率达92 %，成品硫合格率达96 %，且未出现因硫高判废的炉次，铸坯未出现硫高产生裂纹的情况，为带钢提供优质铸坯。脱硫剂配比优化后，脱硫剂用量明显降低，脱硫效率提高，脱硫扒渣铁损从33.8 kg/ t 铁降低到17.3 kg/ t 铁，脱硫效率从65 %提高到78 %。脱硫喷吹枪位优化后，脱后铁水更均匀，基本没有出现一倒硫比脱后脱后硫高的情况（废钢及其他原辅影响除外）。炉后造渣脱硫解决了因生产节奏紧张、发生异常情况导致硫高的问题，保证铸坯硫含量合格。

（2）通过优化炼钢终点控制制度，使半钢冶炼一倒合格率提高到90 %，一倒出钢率达60 %，钢水氧化性明显降低，Al 线的用量从1.1 kg/t钢降低到0.92 kg/t 钢。加上对脱氧吹氩工艺的优化规范，严格控制吹氩力度、时间，使夹杂物充分上浮，降低钢中非金属夹杂物含量。钢水氧量含严格按20 ～40 ppm 控制，钢水的可浇性好，基本没有结水口的情况发生，同时铸坯的质量明显改善，如图4 所示，带钢破边比例降低到0.3 %。

图4 板坯低倍组织

（3）根据浇铸温降，制定合理的钢水浇铸温度，严格控制中包温度在1 540 ～1 550 ℃，铸坯组织的中心偏析、中心裂纹明显减少，浇铸拉速也得到提高。

（4）规范浇铸工艺后，减少了因操作不当产生的夹杂，连铸坯外形尺寸精度得以提高。设备改造后，采用非正弦振动系统，实现振动曲线根据工艺需要的任意调整，显著提高连铸坯的质量、轧制的成材率、铸机作业率，降低振动框架修复和更换的维护费用、漏钢事故的发生率，钢水正常的情况下拉速控制在1.40 ～1.50 m/min，如图5 所示，日均产量可达2 800 吨。

图5 板坯浇铸工艺参数显示

5 结论

（1）本文分析了连铸坯存在表面裂纹、轻微鼓肚、划痕等表面缺陷及铸坯内部存在非金属夹杂物、中心偏析、中心裂纹等内部缺陷原因，制定了优化脱硫工艺、炼钢终点及吹氩工艺、钢水浇铸温度、连铸浇铸工艺等改善措施，有害元素S 得到了有效控制，非金属夹杂明显减少，铸坯质量得到改善，带钢轧制破边比例由2.5 %降至0.3 %，冷弯合格率从86.3 %提高到98.5 %，带钢质量有大幅度的提升。

（2）影响连铸机提速是因为成品硫高、氩后氧含量控制不合理、连铸设备落后老化造成，通过优化脱硫工艺，优化脱氧吹氩工艺，升级改造连铸设备，提高了钢水的可浇性、洁净度，浇铸拉速由1.25 m/min 提升至1.45 m/min，月均产能提升到8 万吨以上，产能得到充分释放。