提高Q345B钢连铸过程结晶器内润滑性能实践

攀 钢 技 术 41 提高 连铸过程结晶器 内润滑性能实践 李明红 1， 何俊锋 1， 张龙超 1， 龚 洪 君 1， 潘 红 2 （ 1. 攀钢集团西昌钢钒有限公司； 2. 攀钢集团研究院有限公司） 摘 要： 针对 连铸生产过程中结晶器漏钢报警频繁的问题，通过对凝固坯壳在结晶器内所受摩擦力的分析，认为碳含量是造成其摩擦力高于其它钢种的原因。通过对振动参数、保护渣理化指标进行优化，使 连铸过程保护渣 吨钢 消耗量从 kg/t 提高至 kg/t，漏钢报警次数从 56 次 /月减少至 3 次 /月，结晶器润滑性 能得到显著改善。 关键词： 铸；结晶器； 摩擦力 ； 漏钢报警 ； 润滑 ； 振动 ； 保护渣 0 引言 连铸结晶器内摩擦力对铸坯质量及生产顺行有着直接的影响，摩擦力过大将会导致结晶器内坯壳与铜板之间润滑效果变差 。 由于局部摩擦力增大，该处的坯壳会在结晶器内产生裂纹源 ； 在非稳态浇铸条件下，摩擦力处于一个较高范围将会导致漏钢事故的发生。 连铸结晶器漏钢预报系统 1作为一种有效检测浇铸过程中出现漏钢征兆 的 手段 ，被国内 许多 厂家采用。西昌钢钒新建的大断面中厚板坯连铸机，设计之初引进了奥钢联（ 晶器专家系统，在该 系统 的 运用过程中， 漏钢报警次数明显高于其它钢种，每月漏钢报警 56 次，占总报警次数的 且 2013 年发生 6 起漏钢事故， 为此笔者 对 结晶器内摩擦力展开了研究，并针对性的提出改善该钢种润滑性能的措施。 1 固过程结晶器内摩擦力分析 在结晶器内，从弯月面处初生坯壳开始，坯壳由于冷却产生收缩行为，另一方面受钢水静压力的作用铸坯有贴近铜板的趋势，这两种力作用方向相反 。 当冷却收缩行为大于钢水静压力时，坯壳与铜板之间摩擦力较小；当冷却收缩行为小于钢水静压力时，摩擦力较大。在这个过 程中，凝固坯壳的收缩行为与坯壳的高温强度大小成为影响摩擦力的重要因素。 固坯壳收缩 钢液从固态凝固冷却到室温有三个阶段的收缩： 液态收缩，钢液从浇铸温度降至液相线温度过程中的收缩； 凝固收缩，钢液在结晶温度范围形成固相过程中的收缩； 固态收缩，钢由固相线温度降至室温过程中的收缩。而在结晶器内对凝固坯壳润滑影响最大收缩为凝固收缩。 由铁碳平衡相图可知，在 1 495 时， C 金在凝固过程中会出现包晶反应： 生包晶反应的凝固过程为：钢水浇入结晶器后，弯月面受结晶器的冷却，液体中首先析出固体 以枝晶形式长大，当液体温度低于 1 495 时，发生包晶反应 。 在该包晶反应过程中坯壳发生强烈的收缩（ 。 蔡开科等人研究了不同碳含量下结晶器内坯壳的收缩系数，如图 1 所示 2。 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 0 0 20 0 0 30 0 0 40 0 0 50 0 0 60 0 0 70 0 0 80 0 0 90 0 1 0收缩系数/%图 1 碳含量对收缩系数的影响 42 2014 年第 37 卷第 6 期 由图 1 可知，在亚包晶钢范围内（ C： ，体积收缩最大，低碳钢及中碳钢收缩系数均远远小于亚包晶范围内的钢种，且收缩系数差别不大。 表 1为新建铸机生产所涉及的三大类 钢 组中典型钢种成分控制要求。表 1 典型钢种成分控制要求 % 钢类 钢种 C n P S 碳钢 晶钢 碳钢 从表 1 可以看出，低碳铝系列的 中碳钢系列的 应的碳含量在结晶器内凝固坯壳形成时其凝固坯壳的收缩系数小，坯壳与铜板之间的缝隙小于 代表的包晶钢系列，因此种的碳成分成为该钢种坯壳与铜板之间摩擦力较大的一个重要影响因素。 的高温机械性能 碳钢在结晶器内最终的收缩行为除受钢种本身的凝固收缩行为影响外，还与凝固坯壳的高温强度有关。结晶器内坯壳的机械强 度在很大程度上取决于固 /液相区的范围，而这个范围取决于显微偏析，显微偏析的程度决定了有效坯壳厚度及其体现的高温机械性能，而整个作用在最初凝固和坯壳形成时就已产生。 而显微偏析的形成过程中，碳含量起着很大作用 ， 随着碳含量的增加，显微偏析 逐渐 加剧。表 1 中碳含量影响在结晶器内收缩能力大于受显微偏析影响，其高温机械性能强于因此 ， 在结晶器内 固坯壳所受的收缩力与钢水静压力之差远大于 凝固坯壳，这也是 壳与结晶器铜板之间间隙小于亚包晶钢，其所受摩擦力大于 亚包晶钢的原因，这也解释了 运用相同的连铸工艺参数（保护渣、振动、冷却）而漏钢报警次数相差较大的原因。 2 提高 固过程结晶器内润滑性能关键技术 针对 结晶器内摩擦力表现的差异性，必须提高 固过程润滑性能，即提高坯壳与铜板之间保护渣的润滑效果。保护渣的消耗量是衡量连铸过程润滑性的重要指标，在一定范围内，消耗量越高，润滑效果越好。保护渣的消耗量受 黏 度、熔点、拉速、结晶器振动参数、钢中碳含量等因素的影响 2，见式（ 1） 。 (/60)(1/(0 . 7 4 3 1） 式 （ 1） 为保护渣消耗的回归公式 。由式（ 1）可以看出，保护渣的消耗 Q 与振幅（ S）成正比，与振频 f 成反比，与 黏 度 成反比关系 。可见， 优化振动参数和保护渣理化指标成为改善润滑的重要手段。 动参数优化 结晶器振动采用奥钢联液压伺服振动系统，可采用正弦、非正弦振动曲线。为得到更好的振动效果， 开始采用高频率、低振幅的非正弦曲线，为 增加 保护渣消耗，将振动参数改为正弦振动，优化前后振动参数如表 2 所示。 表 2 优化前后振动参数 参数项 优化前 优化后 参数项 优化前 优化 后 2 0 2 3 4 0 50 160 化后的振频与振幅随拉速变化的关系如图 2所示。在 1.5 m/常工作拉速内，相同拉速条件下，优化后的振频低于优化前，优化后的振幅大于优化前的振幅。 图 2 优化前后振频、振幅随拉速变化关系 拉速 /（ m 振频/次振幅/ 钢 技 术 43 护渣理化指标优化 根据 式（ 1） 可知，降低保护渣 黏 度可 增加 保护渣 消 耗 。 为此 ， 对 用的低合金钢保护渣理化指标进行优化， 降低 保护渣 黏 度 、 熔点（半球软化温度），优化前 后 保护渣 理化指标如表 3 所示。 表 3 优化前后保护渣理化指标 熔点 / 黏 度 /(Pas) 碱度 优化前 1 094 化后 1 071 应用效果 通过对振动参数和保护渣的优化， 浇铸过程中保护渣 的吨钢 消耗量由 kg/t 提高至 kg/t，每月报警次数由 56 次减少至 3 次，至 未再发生漏钢事故， 表明 4 结论 1） 受碳含量对凝固坯壳形成过程收缩及显微偏析的影响， 凝固坯壳与结晶器铜板之间缝隙较小，凝固坯壳所受摩擦力远高于亚包晶钢。 2） 通过采用高振幅、低振频的振动参数，同时 降低 保护渣 黏度、 熔点， 渣耗显著提高，结晶器内润滑性能明显改善。 参考文献 1 郝培锋 , 徐心和 , 裴云毅 . 连铸漏钢预报系统数据采样与热电偶埋设方式 J自然科学版 ), 1997, 18(4): 4002 蔡开科 . 连铸结晶器 M. 北京 : 冶金工业出版社 , 2000: 27编辑 余文华 收稿日期： 2014 国内最大微纳米铁粉项目在泰钢投产 10 月 6 日，国内产能最大微纳米铁粉项目在泰钢投产。该项目投产后，年可生产 600 t 38 m(400 目 )、m (600 目 )、 19 m (800 目 )、 m (1 000 目 )、 11 m (1 300 目 )等多规格的特种粉末冶金产品，铁含量 上，铁粉粒度 2 25 m，达到微米级、纳米级，填补 了国内特色微纳 米 铁粉生产空白，产能位居全国首位，标志着泰钢发展多元经济迈出了重要一步。 10 多年来，泰钢一直致力于对纳米材料和加工技术的研究，聚集了国内外纳米研发的人才梯队，成为国内纳米材料研发的重要基地。微纳米铁粉项目是泰钢为积极应对钢铁形势，探索多元化发展道路而实施的重点项目。该项目拥有国内发明专利 1 项，使用新型专利 5 项，其中 “燃气式还原炉 ”是国内粉末冶金行业最成熟、最先进、最经济的新一代还原炉， “推舟式还原炉 ”是国内首条具有自主产权的精还原设备，一次还原粉含铁提高到 上