钢铁提高连铸坯质量的技术改造探讨

张明亮

在钢铁生产领域当中，连铸坯的类型较多，比如板坯、方坯、矩形坯、圆坯等。不同类型的坯，特点有所不同。以板坯为例，主要表现为截面宽、高比值大，主要用于板材轧制；对于方坯来说，主要表现为截面宽、高相等，或者无明显差别，主要应用在型钢、线材轧制等方面。在钢铁生产过程中，保证连铸坯的质量至关重要。但是，从现状来看，钢铁连铸坯存在较为明显的技术缺陷问题，比如：铁水脱硫能力偏低、结晶系统有待完善、难以将高质量板坯生产出来。由此可见，为了提高连铸坯质量，则有必要实施有效的技术改造策略。鉴于此，本文围绕“钢铁提高连铸坯质量的技术改造”展开分析探讨价值意义显著。

1 连铸坯技术在钢铁生产中的作用概述

从钢铁生产层面分析，涉及的主要工作流程为炼铁、炼钢、轧钢。其中，对于炼钢来说，涵盖了冶炼与浇铸，在冶炼过程中，即利用冶炼技术，将化学指标合格、质量与相关要求相符的钢水提炼出来。浇铸则把提炼的钢水通过铸造工艺，铸造为表面平整、致密、内部纯净的固体钢坯。通过炼钢工艺的实施，可将固体钢坯产生出来，要想保证固体钢坯的质量，则需确保浇铸质量达标。在炼钢期间，浇铸为一大核心工序，若浇铸期间存在操作失误，或受到相关因素影响，使浇铸未能达标，在此情况下，通过冶炼获得的钢水成品可能被废弃，这样便会造成资源损失。值得注意的是，与冶炼钢水环节比较，浇铸环节产生的损失明显更大。

基于钢铁工业发展层面分析，铸模法在钢坯生产工作中应用广泛，通过铸模法的应用，将钢锭生产出来之后，通过开坯，便使钢坯有效生产出来。在生产过程中，需把钢水向前期准备好的铁坯当中注入，在冷却以后，通过脱模处理，使钢锭有效形成，进一步在开坯的基础上，使钢坯有效形成。处于整体生产期间，生产工序复杂程度高，且缺乏连贯性，效率偏低，再加上生产成本比较高，在此情况下便会使钢铁工业发展受到很大程度的阻碍。

对于钢铁连铸坯技术来说，其关键工序在于把钢水朝不同形状的水冷结晶器当中注入，使特定形状要求的钢坯有效形成。在连铸坯技术的应用下，可突破传统浇铸工艺模式成本高的局限，使钢铁工业实现可持续发展。此外，随着连铸坯技术的不断进步及发展，使得钢铁连铸坯在钢铁行业当中得到广泛的应用，且为冶金行业发展提供了有效科学技术支持。总之，连铸坯技术在钢铁生产中的作用显著，技术先进、成本低，可提高钢铁生产质量。因此，连铸坯技术值得推广及应用。

2 钢铁连铸坯技术缺陷分析

在上述分析中，不难发现连铸坯技术在钢铁生产中的作用显著。但是，从现状来看，钢铁连铸坯技术应用过程中尚且存在一些有待解决的技术缺陷问题。总结起来，具体缺陷问题如下。

2.1 连铸坯表面纵裂纹，会影响轧制产品质量

如长300mm、深2.5mm的纵裂纹在轧制板材上留下1125mm的分层缺陷。纵裂纹严重时会造成拉漏和废品。研究指出：纵裂纹发源于结晶器初生坯壳厚度的不均匀。作用于坯壳拉应力超过钢的允许强度，在坯壳薄弱处产生应力集中导致断裂，出结晶器后在二次冷却区扩展。产生纵裂纹的原因有：水口与结晶器不对中而产生偏流冲刷凝固壳；保护渣熔化性能不良、液渣层过厚或过薄导致渣膜厚薄不均，使局部凝固 壳过薄。液渣层＜10mm，纵裂纹明显增加；结晶器液面波动。液面波动＞10mm，纵裂发生几率30%；钢中S+P含量。钢中S＞0.02%，P＞0.017%，钢的高温强度和塑性明显降低，发生纵裂趋向增大；钢中C在0.12%～0.17%，发生纵裂倾向增大。横裂纹是位于铸坯内弧表面振痕的波谷处，通常是隐藏看不见的。原因有：振痕太深是横裂纹的发源地；钢中Al、Nb含量增加，促使质点（AlN）在晶界沉淀，诱发横裂纹；铸坯在脆性温度900℃～700℃矫直；二次冷却太强。星状裂纹一般发生在晶间的细小裂纹，呈星状或网状。通常是隐藏在氧化铁皮之下难于发现，经酸洗或喷丸后才出现在铸坯表面。原因有：高温铸坯表面吸收了结晶器的铜，而铜变成液体再沿奥氏体晶界渗透所致；铸坯表面铁的选择性氧化，使钢中残余元素（如Cu、Sn等）残留在表面沿晶界渗透形成裂纹。

2.2 铁水脱硫能力偏低

在钢铁生产企业当中，要想提升钢铁生产技术水平，其前提在于促进铁水脱硫能力的提升。然而，长时间实践背景下，通过技术升级改造，虽在一定程度上促进了铁水脱硫能力的提升，但仍难以与钢铁生产企业的发展需求相符。与此同时，在节能降耗、绿色环保等可持续发展理念背景下，还需逐步提升铁水脱硫技术工艺水平，才能够使环保要求得到有效满足。结合钢铁企业生产实践工作发现，采取优质铁水脱硫，有助于钢材质量的提升，还有助于企业效益的提升。因此，针对目前铁水脱硫能力偏低问题，需重视铁水脱硫技术的引进及应用，在保证钢铁企业钢材产品质量及销售量提升的基础上，带动钢铁生产企业稳步、可持续发展。

2.3 结晶系统有待完善

从现状来看，国内选择应用的结晶器系统通常＜700mm，液面高度在600mm左右。然而，因国内铸机缺少液面自动控制装置，在振动装置上也较为滞后，使得具体冶炼期间易出现振幅偏低或偏高的情况，再加上冷却水量比较小，水缝设计缺乏合理性，在此情况下，便会使铸坯的质量受到很大程度的影响，并使炉机匹配衔接、拉坯速度受到较大程度的影响。并且，基于二次系统冷却以后，国内铸机仪表在可靠性方面较差，难以使二次冷却闭环控制目标得到有效实现。此外，从目前来看，国内铸机自动化设备较为滞后，信息化程度尚且有待提升，部分设备零部件订购的难度很大，在难以及时修复或无法修复的情况下，则会大大影响机械的精密程度，使铸机正常运行受阻，进一步使铸坯的质量受到很大程度的影响。

2.4 难以将高质量板坯生产出来

对于全弧形铸机来说，铸坯内夹杂物分布不够均衡，是非常明显的一大缺陷。与此同时，还存在不容易上浮的缺陷，夹杂物聚集于内弧度1/4部位，铸坯单点弯曲矫直，内部易产生裂纹。再加上内外弧冷却缺乏均匀性，在此情况下会产生铸坯中心偏析的现象。而在经济不断发展过程中，对钢材质量也提出了越来越高的要求。因此，对于铸坯当中夹杂物聚集，会对钢材冶炼造成较大的影响。从现状来看，西方发达国家热衷应用直弧型铸机，使直弧形铸机处于钢材冶炼当中的应用价值得到不断提升。

需注意的是，处于冶炼期间，中间容量偏小。在此情况下，会造成钢水停留的时间较短，使钢水当中夹杂物、钢液难以得到有效清除。在中间容量偏小的情况下，便会影响多炉浇铸造成影响。期间，若换成大容量，则需适当降低拉胚的速度。而对于钢水液面来说，一般在临界高度浇铸环节当中，在此情况下，易使钢液残渣形成。从国内来看，大容量浇铸环节缺少钢水下渣监控技术的支持，使全过程钢液浇铸工艺难以有效实现，从而使一定量的钢材引发二次氧化的情况，使钢材冶炼的纯度受到较大程度的影响。

2.5 铸机单点矫直问题

结合相关计算公式，在坯的厚度为250mm的情况下，拉坯的速度为每分钟1m，此时单点矫直变化为0.5%，并且此值属于综合应变允许值。因此，当铸机浇铸250mm厚的铸坯情况下，需将拉速维持在每分钟1m范围内。考虑到带液芯矫直得到有效防止，需设置偏低的拉坯速度，但在此情况下会造成铸机和转炉衔接匹配的难度大大增加，在转炉达80t的情况下，颅机匹配问题便会显著存在，在温度难以合理控制的基础上，便会使铸坯的质量受到很大程度的影响，进一步使铸机运行的可靠性及安全性受到影响。

3 钢铁连铸坯技术改造策略分析

为解决钢铁连铸坯技术缺陷问题，需落实有效的改造策略。具体而言，钢铁连铸坯技术改造策略具体如下。

3.1 提升铁水脱硫能力水平

为了提升铁水脱硫能力，需对喷吹式脱硫站进行构建，结合钢铁企业的具体情况，通过全新的喷吹式脱硫站的构建，结合脱硫技术标准，确保脱硫之后铁水含量能够＜0.01%。对于深脱硫任务来说，则由其他脱硫站负责。需注意的是，需选取价格低廉、无需特殊防护的氧化钙（CaO）脱硫剂，如此可以使成本得到有效节省，并使铁水脱硫效果得到有效提升。

与此同时，还有必要进行机械搅拌式脱硫站的增设，以原有机械搅拌式脱硫技术为基础，在逐步创新的基础上，确保能够与现代钢铁冶炼技术发展相适应。并且，针对脱硫处理前后铁水降温情况，需合理科学控制好，与喷吹式处理方法比较，机械搅拌式脱硫站处理的效果更优，应用液压式搅拌系统为国产机械设备，部分设备的零部件可以共用，在此情况下有助于建设成本的节省。总体而言，在优化建设脱硫站的基础上，能够降低建设成本，控制人力资源，使生产效率提升，进而确保铁水脱硫能力水平的全面提升。

3.2 优化铸机改造

从钢铁连铸技术提升角度考虑，优化铸机改造显得非常重要。在铸机改造过程中，需以企业整体规划设计方案为依据，分步骤，且按照一定计划加以执行。针对之前弧形板坯铸机存在质量缺陷的条件下，需重视国外先进技术的引进及借鉴应用，进行全新板坯铸机的构建，以此使钢铁冶炼技术质量得到全面提升。

若选择使用直弧形铸机，需将生产、管理、改造资金等参数信息全面考虑在内，选择使用成本节约、工程量少、可行性高的改造方案，并选取性能优良的铸机设备。以直弧型铸机弯矫方式的选取为例，对于具备液芯弯曲矫直的直弧型板坯铸机，在辊列设计一般有三种类型，即：①直弧型机，由日本研究设计，具有多点弯曲、多点矫直技术特点；②直弧型机，由奥钢联设计，具有渐近弯曲、连续矫直技术特点；③直弧型机，由康卡斯特研究设计，具有连续弯曲及矫直的特点。

目前，带液芯弯矫理论丰富，使铸坯内裂敏感的铸坯两相区变化控制技术获得快速发展。结合相关研究成果可知，铸坯两相区的整体应变大小会对铸坯内部裂缝产生较大程度的影响。因此，对于整体应变值，需维持在较低的水平，比如普碳钢整体应变便需维持在0.4%～0.5%范围内。此外，对于直弧型铸机，基于铸流坯壳比较薄的情况下，在弯曲变形的影响下，会产生内部裂缝质量隐患问题。对此，可通过分节辊细辊密排连续弯曲的方式，使内部裂缝问题避免出现。处于改造期间，需合理科学应用现代化科学改造技术，通过连续布置的多点弯矫或连续（渐近）弯矫模式，以此确保铸机优化改造的成效得到全面提升。

3.3 合理设置铸机参数

基于改造期间，浇铸平台不发生变化，厂房允许时，需确保铸机弧形半径和直线段高度尽量大。通常，基本弧形半径需＞8m，直线段需＜2m。在工艺技术方面，可选用钢包-中间包钢流用带氩封的长水口保护与机械化操作技术模式，在应用钢包水口下渣自动检测技术的基础上，配套钢包加盖装置、中间包水口更换技术，并且需使冷却水量、压力适当增加，通过高振频、小振幅振动技术的应用，或采取在线停机电动调宽技术等。此外，通过二次冷却技术的应用，使动态控制目标得到有效实现。通过电磁搅拌装置、多功能辊缝测量技术的应用，配合分节辊细辊密集排列方式，使铸流导向辊列布置效果得到有效提升。

对于改造为直弧型板坯铸机之后，铸坯质量要求为：①铸坯合格率＞99.8%，坯表面质量无清理率≥98%，铸坯处于最终矫直点部位的表面温度需≥900℃；②无中心线裂纹；③铸坯厚度±2.5mm，宽度±0.5%；④翘曲度＜4mm/m，侧向弯曲≤4mm/m，中间包钢水夹杂物去除率≥65%。

3.4 提升连铸坯内部质量

在铸坯高温加工以后，部分缺陷会自行消除，但部分缺陷在未能及时有效处理的基础上，会发生变形。因此，为了提升连铸坯内部质量，需做好铸坯结构控制，对铸坯中心等轴晶区适当扩大，对柱状晶生长加以限制，以此使中心疏松与中心偏析得到有效减轻。与此同时，可利用钢水低过热度浇铸技术、电磁搅拌技术，促进铸坯质量的提升。通过二次冷却优化控制，基于二次冷却区域范围内，对二次冷却水量分布采取计算机进行严格控制，确保矫直点表面温度＞900℃，并使铸坯表面温度能够维持均匀分布状态。此外，加强铸坯受力和变形控制，由于二次冷却受力、变形会产生裂缝质量隐患问题，因此需重视辊缝对中技术、压缩浇铸技术、弯曲矫直技术在其中的合理科学应用，进一步促进连铸坯内部质量的全面提升。当然，还需合理控制液相穴钢水流动，使夹杂物能够快速上浮，在其分布均匀性得到有效维持的基础上，使浸入式水口设计得到持续优化。

3.5 对连铸坯表面纵裂加强保护

对于轧制产品来说，其质量会在很大程度上受到连铸坯表面裂纹的影响，比如：对于深2.5mm、300mm的纵裂纹，基于轧制板材当中留下的分层缺陷可达到1125mm。在裂纹较为严重的情况下，易导致产品拉漏，甚至是报废。从纵裂纹发生的原因层面分析，主要由结晶器弯月面初生坯壳厚度非均匀性引发，在坯壳拉应力比钢的强度大的情况下，便会基于地壳薄弱部位使应力集中形成，进一步引发断裂质量隐患问题。值得注意的是，在结晶器液面产生波动的情况下，便会引发纵裂。若液面波动＞10mm，纵裂产生的可能性＞30%，结晶器和水口存在差异，便会导致偏流，使凝固壳被冲刷。而对于保护渣来说，在未完全熔化的情况下，液渣层偏厚或者偏薄，均会导致渣膜厚度存在差异，使局部凝固壳比较薄，在液渣层＜10mm的情况下，纵裂纹便会显著加大。

根据上述问题，需做好纵裂的保护，一方面对于结晶器和水口来说，需对中，将结晶器液面波动稳定在±10mm；同时，确保结晶器锥度的准确性及适宜性。另一方面，结晶器和二次冷却区上部对弧需准确，需利用热顶结晶器，即基于弯月面区75mm铜板内，将不锈钢等导热性差的材料镶入，使弯月面区热流降低50%～70%，使坯壳收缩得到有效延缓，并使凹陷有效减轻，进一步使纵裂的发生得到最大限度控制。

4 结语

综上所述，连铸坯技术在钢铁生产中的作用显著，有助于钢铁生产工作质量的提升，可控制生产作业成本。但是，从现状来看，钢铁连铸坯技术仍存在一些缺陷问题。因此，需提升铁水脱硫能力水平，优化铸机改造，并对铸机参数进行合理设置，提升连铸坯内部质量等。总之，相信从以上方面做好，钢铁连铸坯技术改造效果将能够得到有效提升，进一步为钢铁连铸坯产品质量的提升提供充分有效的技术支持。