鞍鋼集團(tuán)本鋼股份有限公司煉鋼廠(chǎng)2#板坯連鑄機(jī)，投產(chǎn)于2000年，是由奧鋼聯(lián)（VAI）設(shè)計(jì)的直弧型、連續(xù)彎曲、連續(xù)矯直、小輥徑密排輥的連鑄機(jī)，設(shè)計(jì)能力為175萬(wàn)t/a。主要生產(chǎn)鋼種包括汽車(chē)板、管線(xiàn)鋼、高強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼、耐候鋼等。自投產(chǎn)以來(lái)，在生產(chǎn)包晶鋼時(shí)，結(jié)晶器液面頻繁出現(xiàn)波動(dòng)問(wèn)題，極大地限制了拉速的提高，且因結(jié)晶器振動(dòng)采用早期機(jī)械振動(dòng)式構(gòu)造，振痕較深，極易引起鑄坯坯殼的卷渣，從而導(dǎo)致鑄坯在后序冷、熱軋工序生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)軋材夾雜缺陷，影響了軋材的表面質(zhì)量[1]。

為了進(jìn)一步提高板坯質(zhì)量，滿(mǎn)足高效連鑄的生產(chǎn)條件，力爭(zhēng)生產(chǎn)無(wú)缺陷鑄坯，2015年8月、2018年8月，分別對(duì)2#連鑄機(jī)的鑄流控流系統(tǒng)、連鑄機(jī)本體進(jìn)行了設(shè)備及技術(shù)升級(jí)改造，改造的主要目標(biāo)如下：

（1）解決包晶鋼結(jié)晶器液面波動(dòng)問(wèn)題；

（2）提高汽車(chē)鋼、高強(qiáng)鋼等鋼卷的產(chǎn)品質(zhì)量；

（3）降低鑄坯角部缺陷率，提高鑄坯熱過(guò)率。

為了完成上述目標(biāo)，本次升級(jí)改造項(xiàng)目中，采用的主要技術(shù)有：滑板改塞棒控流系統(tǒng)、倒角結(jié)晶器技術(shù)、結(jié)晶器在線(xiàn)液壓調(diào)寬、結(jié)晶器液壓振動(dòng)、扇形段輥列優(yōu)化設(shè)計(jì)、二冷水分區(qū)動(dòng)態(tài)配水模型優(yōu)化等。在改造過(guò)程中，由中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司提供并安排塞棒控流系統(tǒng)，以及扇形段輥列設(shè)計(jì)方案；西峽龍成特種材料有限公司提供倒角結(jié)晶器相關(guān)技術(shù)服務(wù)。2015年8月對(duì)塞棒控流系統(tǒng)進(jìn)行改造，2018年8月對(duì)結(jié)晶器振動(dòng)、輥列設(shè)計(jì)等本體設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造。并于2018–08–24一次熱負(fù)荷生產(chǎn)成功，同年9月完成項(xiàng)目功能考核。

1. 技術(shù)改造概況

1.1 連鑄機(jī)技術(shù)參數(shù)

升級(jí)改造的主要工藝參數(shù)變化如表1所示。

1.2 新技術(shù)的主要特點(diǎn)

1.2.1 結(jié)晶器液壓振動(dòng)

連鑄機(jī)結(jié)晶器振動(dòng)的主要功能是防止鑄坯出結(jié)晶器時(shí)與結(jié)晶器器壁發(fā)生粘連。傳統(tǒng)機(jī)械振動(dòng)技術(shù)，只能采用固定振幅、固定波形的振動(dòng)參數(shù)，而結(jié)晶器液壓振動(dòng)可以在線(xiàn)調(diào)整振幅、振頻，根據(jù)工藝條件的要求任意改變振動(dòng)波形，實(shí)現(xiàn)正弦或非正弦振動(dòng)。

鋼鐵企業(yè)的產(chǎn)量規(guī)模，很大程度上取決于連鑄機(jī)穩(wěn)定的拉速。連鑄機(jī)未改造前，結(jié)晶器采用機(jī)械振動(dòng)技術(shù)，在高拉速運(yùn)行或是高拉速向低拉速轉(zhuǎn)換時(shí)，很容易出現(xiàn)振動(dòng)失真，這對(duì)鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)初生坯殼的形成是很不利的，極易造成鑄坯夾渣甚至斷渣，嚴(yán)重時(shí)造成漏鋼。此外，偏振是機(jī)械振動(dòng)結(jié)晶器很易發(fā)生且又非常危險(xiǎn)的機(jī)械故障，一旦發(fā)生偏振，如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，就會(huì)發(fā)生漏鋼事故，對(duì)生產(chǎn)造成很大影響[2]。

改造后的液壓振動(dòng)，采用的是高可靠性和抗干擾能力的PLC控制，可以保證長(zhǎng)期穩(wěn)定的振動(dòng)波形，不會(huì)發(fā)生因機(jī)械磨損等因素造成的偏振問(wèn)題。而且液壓振動(dòng)具有可改變振動(dòng)曲線(xiàn)的新技術(shù)，可以根據(jù)鋼種特性，改變振動(dòng)波形，因此可以實(shí)時(shí)改變鑄坯表面與結(jié)晶器銅壁的接觸狀態(tài)，從而提高鑄坯表面質(zhì)量，并且減少粘結(jié)漏鋼的概率，增加澆鑄安全性。表2為液壓振動(dòng)主要技術(shù)參數(shù)。

1.2.2 塞棒控流系統(tǒng)

連鑄機(jī)在實(shí)現(xiàn)連續(xù)澆注的功能時(shí)，需要保證中間包的鋼水能夠穩(wěn)定地流入結(jié)晶器內(nèi)，而中間包控流系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)這一功能的最重要的一環(huán)。目前國(guó)內(nèi)連鑄機(jī)中間包控流系統(tǒng)主要有塞棒控流和滑板控流2種方式。

研究表明，相較于滑板控流系統(tǒng)，采用塞棒單獨(dú)控流方式，可以消除因滑板單向控流造成的水口結(jié)瘤問(wèn)題，提高連澆爐數(shù)。而取消滑板控流系統(tǒng)，也減少了一套控制機(jī)構(gòu)，降低了因機(jī)械、電器、液壓等影響造成機(jī)構(gòu)失靈的概率，從而降低事故發(fā)生率[3]。同時(shí)，采取塞棒單獨(dú)控流，可以減少因滑板控流造成的偏流，利于鋼水夾雜物的上浮。塞棒控流系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)如下。

數(shù)量：每個(gè)中間罐2套系統(tǒng)；

形式：液壓缸驅(qū)動(dòng)，結(jié)晶器液面自動(dòng)控制；

提升行程：–30~70 mm；

液面精度：±2 mm；

自動(dòng)開(kāi)澆成功率：≥98%。

1.2.3 倒角結(jié)晶器技術(shù)

結(jié)晶器是承接從中間包注入的鋼水，并使之凝固成鑄坯的設(shè)備。它是連鑄機(jī)最關(guān)鍵的部件，其結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和性能參數(shù)對(duì)鑄坯質(zhì)量和鑄機(jī)生產(chǎn)能力起著決定性作用。倒角結(jié)晶器與直角結(jié)晶器傳熱示意如圖1所示。傳統(tǒng)的直角結(jié)晶器的角部，屬于二維傳熱，受結(jié)晶器寬、窄側(cè)水量影響較大，角部橫裂紋產(chǎn)生幾率高，鑄坯在軋鋼過(guò)程中，極易出現(xiàn)邊部折疊缺陷引起軋材角部缺陷。此外，直角結(jié)構(gòu)的結(jié)晶器，其窄側(cè)導(dǎo)向裝置結(jié)構(gòu)不能靈活調(diào)整，結(jié)構(gòu)局限大，不能對(duì)鑄坯起到良好的支撐。而倒角結(jié)晶器通過(guò)改變窄邊銅板的結(jié)構(gòu)，在窄邊銅板兩側(cè)各增加一個(gè)150°鈍角倒角，使原邊部直角位置的冷卻多了一個(gè)冷卻面，從而延緩鑄坯角部冷卻，分散低溫區(qū)，提高鑄坯角部溫度，避開(kāi)700~900 ℃矯直脆性溫度區(qū)間[4]。窄面銅板結(jié)構(gòu)變化后在角部增加了冷卻通孔，在鑄坯同一橫截面上可以有效提高鑄坯溫度的均勻性?？墒硅T坯的生長(zhǎng)更加均勻，減少鑄坯出現(xiàn)角部缺陷的可能。因內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的變化，出坯后鑄坯角部棱角形狀改變，鑄坯角部由原來(lái)的直角結(jié)構(gòu)變?yōu)樾泵娼Y(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)的變化可降低鑄坯角部應(yīng)力集中情況，有效改善或消除鑄坯角部橫裂[5]，軋鋼過(guò)程中邊部折疊的問(wèn)題也迎刃而解。

1.2.4 液壓在線(xiàn)調(diào)寬

高效連鑄最為關(guān)注的是如何在高速、穩(wěn)定的環(huán)境下，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)鋼坯。為了適應(yīng)不同品種、不同規(guī)格的需求，縮短停機(jī)周期，高效運(yùn)行，成為各大工廠(chǎng)追求的技術(shù)目標(biāo)，而在此需求下，結(jié)晶器在線(xiàn)調(diào)寬技術(shù)逐漸發(fā)展，目前已在國(guó)內(nèi)外大型鋼企中普通應(yīng)用。

本鋼2#連鑄機(jī)最初設(shè)計(jì)時(shí)，采取的是傳統(tǒng)機(jī)械調(diào)寬，運(yùn)行精度低，設(shè)備維護(hù)復(fù)雜。而改造成液壓調(diào)寬由于只有液壓缸、銅板兩個(gè)裝置，中間無(wú)間隙連接，維護(hù)簡(jiǎn)單，且運(yùn)行精度大幅提高。

1.2.5 輥列優(yōu)化設(shè)計(jì)

連鑄在生產(chǎn)包晶鋼時(shí)，結(jié)晶器液面極易出現(xiàn)周期性的波動(dòng)。產(chǎn)生波動(dòng)的主要原因?yàn)椋轰撘涸谏刃味蝺?nèi)產(chǎn)生包晶相變反應(yīng)L+δ→γ，使液芯發(fā)生約4%的體積收縮，扇形段內(nèi)鑄坯的液芯容積發(fā)生變化，造成結(jié)晶器液面出現(xiàn)波動(dòng)[6]。包晶鋼在鑄坯鼓肚時(shí)產(chǎn)生泵吸效應(yīng)，導(dǎo)致結(jié)晶器液面迅速下降，結(jié)晶器液面控制系統(tǒng)會(huì)向結(jié)晶器充填鋼水。同時(shí)隨拉坯進(jìn)行，鼓肚區(qū)域到兩個(gè)輥?zhàn)又虚g被壓縮，液相穴內(nèi)鋼水也向結(jié)晶器內(nèi)填充鋼水，使液面迅速上漲，使結(jié)晶器內(nèi)坯殼生長(zhǎng)更不均勻。

改造前2#連鑄機(jī)足輥輥列與輥徑只有一種，隨著鑄坯澆注的進(jìn)行，形成連續(xù)的變形。上述收縮、擠壓的過(guò)程每形成一次，就會(huì)擠壓鑄坯液芯向上運(yùn)動(dòng)一次，波動(dòng)情況就會(huì)越來(lái)越劇烈。如此反復(fù)，形成共振效應(yīng)，使結(jié)晶器液面波動(dòng)加劇[7]。針對(duì)輥列單一的問(wèn)題，升級(jí)改造中將結(jié)晶器足輥、0段輥徑、扇形段輥徑分別進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，具體技術(shù)參數(shù)變化如圖2所示。

2. 技術(shù)升級(jí)后的應(yīng)用效果

2.1 結(jié)晶器液壓振動(dòng)

結(jié)晶器采取液壓振動(dòng)后，鑄坯表面質(zhì)量獲得了很大的提高。圖3為連鑄機(jī)改造前后同一鋼種規(guī)格，相同生產(chǎn)參數(shù)的鑄坯情況，從圖可知采用液壓振動(dòng)生產(chǎn)的鑄坯，表面振痕平滑、清晰；而采用機(jī)械振動(dòng)生產(chǎn)的鑄坯振痕紊亂，而且凸凹不平，其鑄坯皮下極易裹入保護(hù)渣，在熱軋軋制時(shí)易產(chǎn)生夾雜缺陷。

此外，統(tǒng)計(jì)采用液壓振動(dòng)和機(jī)械振動(dòng)生產(chǎn)的鑄坯，其在熱軋后的軋材的夾雜缺陷率前者為0.16%，而后者為0.28%?？梢?jiàn)采用液壓振動(dòng)后，能夠顯著降低鑄坯在熱軋的夾雜缺陷率。

2.2 塞棒控流系統(tǒng)

塞棒控流系統(tǒng)代替原有的滑板控流系統(tǒng)，結(jié)晶器液面更加平穩(wěn)。同時(shí)由于水口氬氣系統(tǒng)也一并升級(jí)更新，讓結(jié)晶器內(nèi)鋼水中的夾雜物上浮更加充分。圖4為改造前采用滑板控流系統(tǒng)，改造后采用塞棒控流系統(tǒng)生產(chǎn)的DQ1J超低碳鋼軋材試樣電鏡分析。

表3為圖4(a)的能譜結(jié)果，采用滑板控流系統(tǒng)生產(chǎn)的DQ1J超低碳鋼軋材表面存在片狀不規(guī)則溝狀及起皮狀，溝狀底部局部存在Na、Ca、F等化學(xué)成分，說(shuō)明軋材缺陷點(diǎn)的表面及皮下，均有保護(hù)渣卷入的痕跡[8]。表4為圖4(b)的能譜結(jié)果，采用塞棒控流系統(tǒng)生產(chǎn)的DQ1J超低碳鋼軋材表面缺陷點(diǎn)成分主要為Al、O化合物，分析存在小簇狀A(yù)l2O3夾雜物，未發(fā)現(xiàn)之前的保護(hù)渣產(chǎn)物。說(shuō)明采取塞棒控流后，中間包流場(chǎng)有了明顯的優(yōu)化效果，夾雜物被中包覆蓋劑捕獲、吸附的幾率增大，進(jìn)而提高了鋼水的純凈度。

2.3 倒角結(jié)晶器技術(shù)

相關(guān)研究表明，在連鑄采取倒角結(jié)晶器技術(shù)后，在合適的拉速范圍下，鑄坯表面質(zhì)量將會(huì)有顯著的提升[9]。表5中統(tǒng)計(jì)了改造前后，低碳鋼、中碳鋼、低合金高強(qiáng)鋼、包晶鋼4個(gè)鋼類(lèi)鑄坯熱送率情況，可知：改造后整體熱送率提升明顯，其中中碳鋼熱送率最為顯著，由之前的50%提升至91%；同時(shí)，采用倒角結(jié)晶器之后，鑄坯在熱軋軋制后，出現(xiàn)邊部翹皮的缺陷概率也大大降低，說(shuō)明此項(xiàng)技術(shù)對(duì)改善鑄坯角部質(zhì)量，起到了積極作用。

2.4 液壓在線(xiàn)調(diào)寬

通過(guò)技術(shù)改造，使得連鑄機(jī)原有的機(jī)械調(diào)寬升級(jí)為液壓調(diào)寬，調(diào)寬精度及連續(xù)調(diào)寬次數(shù)均有了明顯的提高。配合倒角結(jié)晶器技術(shù)，對(duì)結(jié)晶器第一排足輥進(jìn)行改進(jìn)。且保證足輥斜面與結(jié)晶器銅板的接弧保持相對(duì)嚴(yán)格的精度（偏差小于1.5 mm）[10]，保證穩(wěn)定的調(diào)寬運(yùn)行精度。穩(wěn)定的在線(xiàn)調(diào)寬技術(shù)，有利于優(yōu)化連澆爐次的品種結(jié)構(gòu)，減少更換中間包的頻次，從而減少非穩(wěn)態(tài)鑄坯的數(shù)量，提高鑄坯表面質(zhì)量。在線(xiàn)調(diào)寬效果見(jiàn)表6。

2.5 輥列優(yōu)化設(shè)計(jì)

通過(guò)輥列優(yōu)化設(shè)計(jì)后，跟蹤生產(chǎn)BG380CL、BG420CL及同類(lèi)的包晶鋼，共計(jì)300爐次，波動(dòng)發(fā)生的頻率由改造前的88%降低至改造后的5%，波動(dòng)幅度也由改造前的±25 mm降低至改造后的±10 mm，基本解決了包晶鋼結(jié)晶器液面波動(dòng)的問(wèn)題，同時(shí)包晶鋼熱軋夾雜缺陷率也有改造前的3.8%降低至改造后的1.3%。

3. 結(jié)論

(1) 改造后的2#連鑄機(jī)，采用了液壓振動(dòng)、倒角結(jié)晶器、塞棒控流等許多先進(jìn)的工藝技術(shù)，對(duì)改善結(jié)晶器液面平穩(wěn)度、提高鑄坯熱過(guò)率、降低軋材缺陷率起到了積極的作用。

(2) 通過(guò)與中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司、西峽龍成特種材料有限公司的合作，本鋼煉鋼廠(chǎng)自主完成了工藝技術(shù)的集成優(yōu)化，特別是結(jié)晶器液面控制系統(tǒng)、輥列優(yōu)化技術(shù)創(chuàng)新等技術(shù)的自主研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)引進(jìn)與創(chuàng)新的結(jié)合。

文章來(lái)源——金屬世界