济钢高效连铸系统工艺优化实践.doc

济钢高效连铸系统工艺优化实践 董金武，张松龄，牛宏波，董 慧 （济南钢铁股份有限公司 第一炼钢厂，山东 济南250101） 摘 要济钢第一炼钢厂通过采用改善钢水质量、提高板坯表面质量、连铸机高效化改造、钢包系统和炼钢工序的工艺优化等措施，使出钢温度下降了56℃，提高了铸机拉速，实现了炉-机匹配；铸坯质量明显提高，免精整率达到了98以上，优化了生产工艺结构，实现了连铸坯的热送热装。 关键词高效连铸；工艺优化；出钢温度；炉-机匹配；热送热装 中图分类号F777.1 文献标识码 文章编号004-4620（2007）01-0011-03 Practice of the Technology Optimization for High Efficient Continuous Casting System in Jigang DONG Jin-wu, ZHANG Song-ling, NIU Hong-bo, DONG Hui （No.1 Steelmaking Plant of Jinan Iron and Steel Co., Ltd., Jinan 250101, China） Abstract By adopting a series of measure such as improving the quality of molten steel, increasing the surface quality of casting blank, high efficiency reing of CCM, optimization ladle system and steelmaking process etc, the tapping temperature is reduced by fifty six degree centigrade and the casting speed is increased, realizing the matching of the converter-CCM; the quality of the slab is increased obviously, the conditioning-free rate reaches 98 above; the production process is optimized and the hot charging and direct hot charging process is achieved in No.1 steelmaking plant of Jigang. Key words high efficiency continuous casting; process optimization; tapping temperature; converter-CCM matching; hot charging and direct hot charging 1 前 言 济南钢铁股份有限公司第一炼钢厂（简称济钢第一炼钢厂）在实施高效连铸前，钢水大包温度在1600℃以上，中包浇注温度也在1530～1560℃，能耗高、耐材侵蚀严重，铸坯质量缺陷较多。连铸拉速慢，拉完一炉钢通常需要30min，而转炉通过扩容改造、优化氧枪参数等措施后，冶炼周期只有23min左右，转炉与铸机无法匹配，铸机生产能力与轧机无法匹配，严重制约了炼钢生产组织的高效化和热送热装技术的应用。为此，济钢第一炼钢厂采取了一系列改进措施，降低出钢温度，提高铸机拉速，实现高效连铸。 2 连铸技术的系统工艺优化 2.1 控制钢水温度 钢水从出钢到中间包，温降包括三部分（1）出钢过程温降。根据统计，温降受出钢口大小、钢包状况、合金情况影响较大，温降通常在80℃以上。通过应用出钢口扩孔机、钢包快速烘烤喷嘴和合金烘烤装置，将出钢温降控制在40～60℃。（2）吹氩及镇静过程温降。改进前采用吹氩棒顶吹氩，钢液面裸露严重，镇静时间过长。通过改用钢包透气砖底吹氩、实施炉机匹配控制，温降约在20～25℃。（3）浇注过程温降。随着浇钢过程的进行，钢包内钢水温度将不断下降，一炉钢从开浇到浇注完毕，中间包温降约为20～50℃。通过采取钢包加盖和全程保护浇注技术，钢水温降控制在了35℃以下。 2.2 改善钢水质量、提高钢水纯净度 （1）强化转炉冶炼操作，严格控制终点碳含量。当转炉钢水吹炼到碳含量低于0.08时，钢水中的氧含量陡然上升；当碳含量高于0.10时，随着碳含量的增加，钢水中的氧含量逐渐降低。同时，转炉内钢水氧含量的高低不仅与碳含量有关，而且与钢水的温度有关，温度越高，钢水中溶解的氧量越大，钢水的氧化性越强。因此，在冶炼终点不仅要控制好终点碳含量，也应控制好终点温度。 （2）完善挡渣技术，实施双挡渣出钢。转炉出钢过程中，会将部分炉渣带入钢包，一方面降低合金回收率，另一方面对铸坯污染十分严重，研究表明铸坯内大型夹杂物40与钢包渣有关。为此，开发应用了挡渣球、挡渣塞技术，在出钢前将挡渣塞套入出钢口，有效地控制了出钢前炉渣进入钢包；用挡渣球减少出钢后期炉渣进入钢包。通过试验，该技术可减少钢包渣层厚度。对180炉的实测结果表明，钢包中渣厚由88mm减少到50mm。资料表明由于转炉下渣到钢包，使脱氧合金用于炉渣消耗量占用于钢水脱氧合金化用量的36。可见减少钢包中的渣量，对提高脱氧合金的利用率，减少夹杂物具有重要作用。 （3）完善钢包底吹氩工艺，改进底吹透气砖。采用双透气砖工艺后，透气率达100。 （4）采用结晶器喂线技术，提高ηAl 和[Al]s含量。 （5）使用长寿命中间包，中间包单次使用寿命稳定在80炉以上。 （6）开发大包保护浇注技术。采用钢包加盖、大包到中间包长水口加氩气密封及浸入式水口氩环保护浇注工艺。 （7）优化浸入式水口工艺设计。通过优化设计水口工艺参数，减少了钢水氧化，改善了钢坯（板）的宏观和微观质量。 2.3 提高板坯表面质量 施行热送工艺，首先要保证铸坯质量，保证铸坯表面免清理率97以上。连铸坯的表面缺陷主要是在结晶器内产生和形成的，在二冷区的冷却、变形条件下进一步发展和扩大，因此，改进板坯表面质量的措施也必须放在结晶器内。 （1）结晶器、足辊和零段的准确对中。结晶器是连铸的“心脏”，要求几何形状精确，内壁无严重凹坑和划痕。结晶器和足辊，带足辊的结晶器和零段要准确对中。 （2）浸入式水口要对准结晶器中心。避免钢液偏斜一侧或不均匀的钢水流量，以及由此引起的结晶器内不均匀的热流分布和坯壳的侵蚀，而使初生坯壳生长不均匀，发生应力集中造成裂纹甚至漏钢事故。 （3）采用结晶器液面自动控制技术。平稳控制结晶器液面，保证钢水流速均匀地注入结晶器，避免过快过缓，引起结晶器内流场紊乱，造成卷渣和热流分布不均匀，产生裂纹、夹渣。 （4）优化改善连铸二冷配水模型，采取了汽水雾化效果的弱冷却方式，出坯温度保持在950℃以上，为热送工艺打好基础。 （5）应用结晶器铜板镀Ni-Co合金技术，单次修复使用2500炉以上，过钢量超过12万t。从而进一步延长了结晶器寿命，提高铸坯质量，降低生产成本。 （6）优选保护渣，并根据不同钢种的凝固特性，新开发了多种类型的保护渣，使之更适应高拉速条件下连铸的需要。 采取一系列改进措施后，铸坯质量明显提高，2005年铸坯免精整率达到98以上（见图1），为提高拉速，实施连铸坯热送热装的生产组织方式打下了良好的基础。 图1 2002-2006年连铸坯免精整率 2.4 连铸机高效化改造 （1）从技术上解决好转炉铸机的匹配问题，即提高铸机拉速，实现浇注周期与冶炼周期同步。首先，保证连铸的稳定连续生产，解决铸机漏钢问题。拉速提高后结晶器暴露了原设计的不足，铸坯经常出现偏离角纵裂。为此，重新设计调整结晶器工艺参数，同时改变过去不管新旧结晶器一律采用同一参数的做法，根据铜板不同的磨损程度确定合理的结晶器参数，收效明显,基本杜绝了角裂漏钢和偏离角纵裂。（2）做好设备维护工作,提高铸机设备的整体运行水平。（3）强化基础管理,以管理促进系统优化。方坯铸机高效化改造后,单流年产量达到18万t。 2.5 钢包系统的工艺技术优化 改变钢包内衬结构、材料，将原来的绝热板、填砖粒改为砌绝热轻质薄板砖、耐火硅酸铝纤维毡，同时将铝镁浇注料内衬由180mm减薄至140mm，达到改善保温性能，扩大钢包有效容积的目的。使用新型保温材料，钢包包壳散热减少，钢水浇注过程中的热损失减少，稳定了连铸浇注条件。中间包永久层改用整体浇注打结方式，降低包壳表面温度近40℃，有效减少了钢水辐射热损失。 2.6 炼钢工序的工艺技术优化 （1）出钢温度大幅度降低，提高了转炉炉龄（见图2）。 图2 2002-2006年的转炉炉龄 （2）实施钢包在线快速烘烤，减少出钢过程中的热量损失。 （3）优化氧枪喷头工作参数，改善综合吹炼指标。优化设计的三孔喷头，供氧强度合理，既满足吹炼时间的要求，又降低了瞬时工况烟气量，消除了转炉烟气对环境的污染。降低了吨钢耗氧量，提高了氧气利用率，减少了返干、喷溅，降低了终点渣（FeO）含量，金属收得率比四孔枪提高0.95个百分点，合金消耗有所降低。杜绝了原四孔枪频繁发生的因粘枪引起的氧枪故障，提高了转炉的作业率（见图3）和日历利用系数。 图3 2001-2006年转炉作业率 3 对热送热装工艺结构的影响 由于高效连铸的技术开发，连铸机生产能力大幅提高，铸坯质量明显改善，对实行热送热装工艺起到了基础保证作用，将“炼钢连铸轧钢”变成一个更加紧密的生产系统，大幅度降低了能源消耗，缩短了产品的生产周期。 3.1 节省能源 铸坯质量提高，免清理率达到98以上，为提高拉速，实施连铸坯热送热装的生产组织方式打下了稳定的基础，并节省了大量能源。 在实行连铸坯冷送冷装工艺时，从连铸开始到热轧成材，能源消耗约为（1.25～1.67）106kJ/t，而采用热送热装工艺时，能耗则下降为（0.84～1.05）106kJ/t，降低能源消耗35。 3.2 缩短生产周期 高效连铸前，铸机生产能力远小于轧机能力，采用的是连铸坯冷送冷装工艺，由于所有铸坯需离线冷却、检查、精整，然后再运输到轧钢厂，通常需要1、2天。而高效改造后连铸坯生产能力和产品质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为减少，生产周期大约控制在5h，产品生产周期的大幅度缩短减少了流动资金的占用，加快了资金周转，带来了明显的经济效益。 3.3 提高金属收得率 铸坯氧化铁皮的损耗与加热炉中的加热时间有着很大的关系。由于连铸坯热送热装工艺可以大幅度降低加热时间，生成的氧化铁皮大大减少，可提高金属收得率0.5～1.0。 4 结 语 通过实施高效连铸的生产实践可清楚认识到，高效连铸生产是企业优化工艺结构、生产由粗放型向集约型发展的必由之路，有助于提高企业管理和操作水平，推动企业技术进步和工艺结构优化，最大限度地挖掘企业潜力，降低消耗，从而提高产品质量和企业竞争力。