連鑄鋼坯氧化鐵皮產(chǎn)生的原因及降低措施

刁興武，李乾坤

(西林鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，黑龍江 伊春153025)

2012年西林鋼鐵公司煉鋼總廠通過內(nèi)部對標(biāo)發(fā)現(xiàn)，與原有的1#、2#連鑄機(jī)相比新投產(chǎn)的3#、4#連鑄機(jī)在連鑄生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氧化鐵皮較高，嚴(yán)重影響連鑄鋼水回收率。因此煉鋼總廠組織連鑄相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)人員針對3#、4#連鑄機(jī)生產(chǎn)過程中氧化鐵皮過高的問題進(jìn)行了攻關(guān)，并取得一定效果。

1 連鑄過程氧化鐵皮生成機(jī)理

連鑄坯產(chǎn)生的氧化鐵皮是鑄坯表面的鐵元素與環(huán)境中的氧化性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成鐵的氧化物，而氧也進(jìn)一步從鑄坯表面向里擴(kuò)散形成了氧化鐵皮。連鑄生產(chǎn)時高溫的鑄坯必須通過結(jié)晶器冷卻及二冷區(qū)噴水冷卻才能到達(dá)拉矯機(jī)，然后經(jīng)拉矯機(jī)矯直由輥道送至連鑄機(jī)的冷床，連鑄冷卻環(huán)境中的的H2O(水蒸氣)、O2都具有較強(qiáng)的氧化性，鑄坯表面發(fā)生的氧化反應(yīng)主要如下:

2 連鑄鋼坯產(chǎn)生氧化鐵皮的原因

實(shí)踐表明，影響3#、4#連鑄機(jī)鑄坯產(chǎn)生氧化鐵皮的主要因素有連鑄二次冷卻配水量，連鑄過程的鑄坯溫度，連鑄二次冷卻水的溫度、鋼水成分等。

2.1 連鑄二次冷卻配水量對鑄坯氧化鐵皮的影響

3#、4#連鑄機(jī)結(jié)晶器的配水量一般控制在120～140t/h，鋼水在結(jié)晶器內(nèi)與銅管壁接觸后，受到強(qiáng)制冷卻，凝結(jié)成細(xì)小等軸晶的坯殼，初生坯殼的厚度大于10mm，由結(jié)晶器拉出的鑄坯進(jìn)入二次冷卻區(qū)時，液芯量較大，坯殼薄，熱阻力小，加大二次冷卻強(qiáng)度，可以使鑄坯厚度快速增加，當(dāng)鑄坯可達(dá)到一定厚度時，霧化冷卻水在鑄坯表面形成一定厚度的蒸汽膜，影響冷卻水的冷卻效果，造成鑄坯回溫，所以二次冷卻水是按由強(qiáng)至弱的原則均勻冷卻的。二次冷卻配水時，首先根據(jù)不同的鋼種來確定鑄坯在二冷區(qū)各段溫度，確定各段的配水量，要避免由于二冷區(qū)各段配水不均，造成局部鑄坯回溫過大而產(chǎn)生的熱應(yīng)力，使鑄坯內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。同時，鑄坯內(nèi)部溫差過大，大大增加了鑄坯表面氧化鐵皮的生成。因此對二冷水要求:

(1)對鑄坯表面冷卻要均勻，要避免二冷水條上的噴嘴堵塞現(xiàn)象發(fā)生;

(2)因?yàn)殪F化冷卻水能擊破鑄坯表面的蒸汽膜，達(dá)到強(qiáng)化冷卻效果的目的，因此為了保證冷卻效果的最大化，霧化冷卻水被蒸發(fā)的比率越高越好;

(3)因?yàn)闇p少鑄坯表面形成的蒸汽膜厚度，可以有效地降低鑄坯表面的氧化強(qiáng)度，因此在鑄坯表面上未蒸發(fā)的水停留時間越短越好。

由于設(shè)計(jì)方面的原因，3#、4#連鑄機(jī)的每根二冷水條上的噴嘴比原有的1#、2#連鑄機(jī)少4個，連鑄二次冷卻水的流量不足，二冷水冷卻強(qiáng)度偏弱，造成鑄坯回溫偏高，鑄坯產(chǎn)生的氧化鐵皮也多。

另外，由于二冷水總管的過濾網(wǎng)清洗不及時，二冷水中含雜質(zhì)多，連鑄生產(chǎn)過程中時常出現(xiàn)噴淋水嘴堵塞現(xiàn)象，造成二冷水噴水不均勻，霧化冷卻效果差，鑄坯表面上未蒸發(fā)的水停留時間長，因此鑄坯產(chǎn)生的氧化鐵皮也偏多。

2.2 溫度對鑄坯產(chǎn)生氧化鐵皮的影響

3#、4#連鑄機(jī)鑄坯矯直溫度一般控制在在900℃以上，因?yàn)?00℃～900℃是鑄坯矯直裂紋的敏感溫度區(qū)，即鑄坯只有在1 000℃左右，才能保證鑄坯質(zhì)量，而據(jù)資料表明鑄坯矯直溫度在700℃左右時，氧化鐵皮產(chǎn)生不明顯;鑄坯矯直溫度在900℃左右時，氧化鐵皮產(chǎn)生明顯增多;在1 000℃左右時，鑄坯產(chǎn)生的氧化鐵皮急劇增多，大約是鑄坯在900℃左右時氧化鐵皮產(chǎn)生量的2倍;而在1 100℃左右時，鑄坯產(chǎn)生的氧化鐵皮量，大約是鑄坯在900℃左右時氧化鐵皮產(chǎn)生量的4倍;因此鑄坯在1 000℃以上的高溫段停留時間越長，鑄坯的氧化越嚴(yán)重。3#、4#連鑄機(jī)的鋼水是由新投產(chǎn)的3#、4#轉(zhuǎn)爐供應(yīng)的，由于轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度控制不得當(dāng)，供應(yīng)3#、4#連鑄機(jī)的鋼水溫度偏上限，向連鑄機(jī)中包內(nèi)加冷料調(diào)節(jié)溫度有限，造成中包鋼水過熱度偏高，這也是造成3#、4#連鑄機(jī)鑄坯產(chǎn)生氧化鐵皮偏高的原因之一。

2.3 二次冷卻水溫度對鑄坯氧化鐵皮的影響

3#、4#連鑄機(jī)連鑄生產(chǎn)時二次冷卻水的溫度偏高，達(dá)不到正常冷卻效果，造成鑄坯溫度偏高，特別在夏季連鑄生產(chǎn)時，由于綜合水泵站涼水塔冷卻能力不足，連鑄二次冷卻水的進(jìn)水溫度甚至超過了40℃，回水溫度超過了48℃，嚴(yán)重影響了鑄坯的冷卻效果。

圖1 鑄坯氧化鐵皮產(chǎn)生量隨鑄坯溫度變化趨勢圖

2.4 鋼水成分對鑄坯產(chǎn)生氧化鐵皮的影響

連鑄生產(chǎn)實(shí)踐表明，在同一鋼種中，碳、硅、錳等元素含量相對高的氧化鐵皮的生成量也會減少一些，因?yàn)殇撝刑寂c空氣中的氧結(jié)合生成一氧化碳，起著阻止氧在鑄坯進(jìn)一步擴(kuò)散作用;另外，硅、錳元素含量高氧化鐵皮剝離性差，因此鑄坯的氧化鐵皮生成量相對較少。

3 降低鑄坯產(chǎn)生氧化鐵皮量的措施

(1)通過在綜合水泵站新增加一座連鑄濁環(huán)水冷卻塔，增加連鑄濁環(huán)回水的降溫面積，降低連鑄二冷水的溫度，保證使連鑄在夏季生產(chǎn)時二冷水進(jìn)水溫度不大于35℃。

(2)改造連鑄二冷區(qū)水條，按由強(qiáng)到弱的原則增加連鑄二冷水條噴淋水嘴的個數(shù)，提高連鑄二次冷卻水的流量，同時改進(jìn)噴淋水嘴質(zhì)量，提高連鑄二冷水霧化效果，從而加大冷卻強(qiáng)度，達(dá)到由強(qiáng)到弱均勻噴水冷卻的效果。

(3)加強(qiáng)對3#、4#連鑄機(jī)二冷區(qū)托輥及水條的維護(hù)，使連鑄生產(chǎn)時噴淋水與鑄坯對中，保證鑄坯冷卻均勻，避免鑄坯表面局部回溫過快。

(4)加強(qiáng)連鑄二冷水總管過濾網(wǎng)的檢查清洗，保證二冷水水質(zhì)，并且每周對各流二冷水條的噴嘴反沖清洗，在連鑄生產(chǎn)時，保證鑄坯表面回溫均勻，避免出現(xiàn)因水嘴堵塞造成鑄坯冷卻不均勻的現(xiàn)象。

(5)通過控制3#、4#轉(zhuǎn)爐的終點(diǎn)溫度及在氬站平臺向鋼水包中加冷料、吹氬攪拌等手段控制高溫鋼的產(chǎn)生，減少為3#、4#連鑄機(jī)供應(yīng)的鋼水的過熱度波動過大，從而避免因鋼水過熱度過高造成鑄坯回溫過高。

(6)嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)爐供應(yīng)連鑄的鋼水成分，轉(zhuǎn)爐冶煉操作時，在保證鋼水質(zhì)量、降低成本的前提下，最大限度地提高鋼水的碳成分，降低鑄坯的氧化鐵皮生成量。

4 優(yōu)化后的效果

經(jīng)過兩年不斷優(yōu)化連鑄生產(chǎn)操作條件，使3#、4#連鑄機(jī)鑄坯氧化鐵皮的生成量由原來的4.5‰降低到2.5‰，大幅度提高了連鑄鋼水回收率，3#、4#連鑄機(jī)年產(chǎn)鑄坯按250萬t計(jì)、鋼坯價格按2 100元/t計(jì)，每年將降低生產(chǎn)成本約1 050萬元(2 100元/t×2 500 000t×2‰=1 050萬元)，取得了較高的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語

圖2 氧化鐵皮逐年下降示意圖

實(shí)踐證明，在連鑄實(shí)際生產(chǎn)過程中，連鑄坯產(chǎn)生氧化鐵皮是不可避免的，但是通過一定的技術(shù)手段鑄坯氧化鐵皮生成量是可以控制的。西林鋼鐵公司煉鋼總廠的3#、4#連鑄機(jī)結(jié)合自身工藝及設(shè)備條件，不斷完善優(yōu)化連鑄操作制度，大幅度降低了鑄坯氧化鐵皮生成量，在為后道軋鋼工序提供優(yōu)質(zhì)鑄坯的同時，也降低了自身生產(chǎn)成本，為企業(yè)開展的提質(zhì)降耗活動做出了貢獻(xiàn)。

［1］彭華剛.連鑄氧化鐵皮生成過多的成因分析［J］.鋼鐵研究，2010.10