连铸混浇技术开发和质量控制

连铸混浇技术开发和质量控制

刘海春  李阳  郭银涛  赵铁成  余作朋  武学强

（河北钢铁集团唐钢不锈钢有限责任公司，河北，唐山,063000）

摘  要：为满足多品种、小批量的汽车钢生产要求，降低生产成本，提升创效能力，本文研究了不同牌号、不同钢种组之间的混浇技术，建立了不同钢种组的混浇原则和混浇坯的判定准则。分别针对成分相近钢种和成分差异显著钢种，构筑了连铸混浇的工艺控制措施，提出了混浇过程的保护渣更换制度。连铸混浇技术的应用效果结果良好，无质量和生产事故发生。

关键词：汽车钢，混浇，保护渣，插铁板

Development of Mixing-pouring Techniques and Quality Control in Continuous Casting

HaichunLiu, Yang Li, Yintao Guo, Tiecheng Zhao, Zuopeng Yu, Zhanli Liu, Xueqiang Wu

(Hebei Iron and Steel Group Tanggang Stainless Steel Co., Ltd., Tangshan, 063000)

Abstract：To meet the requirements for production of automotive steel with multiple varieties and small batches,and to reduce production costs and improve profitability，the technologies of mixed pouring between different brands and between different steel groups were invesigated, and the principle of mixed pouring and the criterion for determining mixed-slab were devoloped in this work.In addition, a systematic method for process controlling and a thorough regime for mould flux replacement during mixed pouring were propose.

Key Words: automotive steel, mixed pouring, mould flux, inserting metal band

1 前言

由于汽车产品日新月异，部件功能划分日益细致，导致汽车用钢强度等级涵盖范围从软钢到>1000Mpa的超高强度钢[1, 2]。再根据主机厂的不同需求、汽车等级的划分，汽车用钢的生产牌号众多，以上海宝钢汽车用钢为例，其公开通用的牌号约110个。汽车用钢品种多的特点给传统炼钢厂的品种管理模式和生产组织模式带来了极大的挑战[3]，急需开发出不同钢种、不同牌号之间连铸混浇控制技术。

2 生产现状

唐钢不锈钢公司是河北钢铁集团唐山钢铁集团有限责任公司旗下三大子公司之一。配套完整的炼铁、炼钢、热轧全流程联合生产线，具备年产铁250万吨、钢280万吨、卷板300万吨的生产能力，主要产品有镀锡基板、高强汽车钢、深冲汽车钢、高端MR钢等。其中，汽车钢已纳入公司特色战略产品序列。

唐钢不锈钢公司不同产品的生产流程如图1所示。其中，高强汽车钢采用铁水脱硫→3#转炉→LF→RH→3#CC→加热炉→粗轧→精轧→卷曲的工艺路线进行生产。大包容量为100t、中间包公称容量30t，内长4207mm、内宽1745mm、内深1145mm，3#连铸机为1600mm×200mm规格的一机一流板坯连铸机。

3#连铸机所生产的品种比见表1所示，涵盖了从超低碳钢系列到中碳钢系列。不锈钢公司共有262个牌号，其中3#连铸机生产的汽车用钢牌号多达154种，单月生产钢种牌号近90个。由于汽车用钢品种、牌号多，而每个品种或牌号的订单量少，导致中间包连浇炉数少，耐材损耗大、金属收得率低，生产成本高，同时频繁混浇导致板坯非计划率高达4.8%，混浇坯成分和表面质量控制困难。为此，急需开发出适用于本公司的高强汽车钢不同牌号、不同品种间的连浇控制技术。

表1. 3#连铸机品种比

3 混浇关键工艺技术的开发

3.1 不同钢种间混浇原则的建立

根据碳含量和合金元素含量，将现有钢种分为10个钢种组，如表2所示。

表2. 钢种分组情况

为尽量降低混浇操作对成品成分带来的干扰，以碳含量为主线，建立了允许混浇钢种的对应表，如表3所示。由表可知，低碳钢、超低碳钢系列可混浇；近包晶和包晶钢系列除不能与超低碳钢系列混浇外，与其他钢种系列均可以混浇；中碳钢、近包晶和包晶钢系列间可混浇。

表3. 允许混浇钢种组对应表

注：●代表可混浇；○代表不可混浇

3.2 混浇坯判定规则

不同钢种之间的混浇，必然在铸坯长度上产生成分差异，具有成分差异的铸坯即为混浇坯。为实现混浇坯的精准判定，降低因铸坯判定而带来的损失，需研究混浇时中间包钢水的置换规律。试验在1260mm*200mm断面上进行，钢种2（混浇之后的钢种，以下相同，下文提到的钢种1为混浇之前的钢种）大包开浇时，浇注米数记为0m。在混浇操作所浇注的铸坯不同长度上进行取样，利用碳硫仪分析碳含量的变化规律，结果如图2所示。由图可知，在浇注8m（15吨）时，[C]含量开始发生变化；在浇注11-18m时，[C]含量变化剧烈；当浇注28m（54吨）后，碳含量趋于稳定，即中间包钢水完成置换。因此，将钢种2大包开浇后浇注15吨到54吨的铸坯视为混浇坯（重30吨），而将其他铸坯视为正常坯。

3.3 成分相近而牌号不同的钢种混浇工艺

根据混浇前、后钢种元素种类的包含关系和元素含量的重叠关系，制定了不同的混浇制度和混浇坯判定方法，具体如下：

（1）钢种1和钢种2所有成分有重叠的，混浇坯随炉判定。钢种成分按（钢种1目标值+钢种2目标值）/2控制。

（2）当钢种2所含元素种类均包含于钢种2时，混浇坯按钢种1判定；当钢种1所含元素种类均包含于钢种2时，混浇坯按钢种2判定。若涉及到低硅钢（[Si]＜0.05%）与非低硅钢的混浇时，低硅钢先浇注，混浇坯按非低硅钢判定；若涉及到低碳钢与超低碳钢（[C]<0.02%）混浇时，超低碳钢先浇注，混浇坯按低碳钢判定。

（3）在钢种1和钢种2的元素种类没有包含关系且成分没有重叠，但钢种1和钢种2所含元素种类包含于钢种3时的情况下，混浇坯判为钢种3。

3.4 异钢种混浇工艺

当两钢种的成分没有重叠时，尤其是含磷钢与低磷钢、含铜钢与非含铜钢、含铌钢与非含铌钢等属于异钢种。在品种多、批量小的订单情况下，实现异钢种之间的连浇，对降低生产成本，提高机时产量具有重要的意义。异钢种混浇的核心是在结晶器内插入铁板，将成分差异显著的钢水隔断，改变新旧钢液的流动和混合行为，达到分离前后钢水使其成分保持一定的独立性，从而既保证了生产的连续性，又减少了头尾坯损耗，提高了钢水收得率。

为进一步减少混坯量，提高混浇阶段的钢水质量，保证连续浇注的顺利进行，需要对中间包钢水重量和温度进行严格控制。具体控制方法如下：（1）钢种2上台后，等中间包钢水液面降低至下渣临界高度（230mm）时，钢种2大包再开浇；（2）中包渣层厚度＜30mm；（3）适当提高混浇前后炉次的精炼出站温度。

插铁板连浇的具体操作为：（1）当中间包钢水重量达到一定范围时，开始缓慢降拉速；（2）当中间包钢水达到下限重量时，关闭塞棒，升起中包车，钢水隔离件在重力作用下自动落至浸入式水口上方；（3）即刻降中包，大包开浇和中包开浇，完成插铁板连浇操作。图3展示了钢水隔离件实物和现场操作情况。

表4示出了插铁板异钢种连浇的应用情况，从表中可看出，通过异钢种连浇技术的应用，插铁板次数逐月增加，且未发生任何事故，工艺运行稳定可靠，增加了公司小订单的接单能力。

表4. 2017年插铁板情况

3.5 混浇过程的保护渣更换技术

由于不同钢种组具有截然不同的凝固特性，为减轻和避免铸坯夹渣、裂纹、漏钢等质量和生产事故，应选用不同的保护渣[4]。对于异钢种连浇，需建立保护渣更换技术，以提高混浇前后铸坯的表面质量。基于保护渣理化特性和钢种凝固特征，超低碳钢保护渣可用于低碳钢和超低碳钢，包晶钢保护渣可用于低碳钢和包晶钢，中碳钢保护渣可用于包晶钢和中碳钢，从而制定出了如表5所示的换渣制度。该制度实施18个月以来，未发生因钢种混浇而导致的铸坯质量和漏钢事故，应用效果良好。

表5. 混浇时保护渣的更换原则

4 实施效果

通过上述方案的实施，增强了生产组织的灵活性，实现了50吨级小订单的正常排产，单个中包平均浇次长度提高了9.6炉/包，降低了因不同钢种混浇带来的铸坯非计划率，由4.8%降低至1.9%，连铸作业率提高2.4%，回收损失减少2.7kg/t。同时，还降低了烘烤煤气消耗。总的年创效能力达300万元以上。

5 结论

为支撑唐钢集团的汽车钢战略计划，本研究开发出了小批量、多品种钢的混浇工艺，充分发挥了现有装备能力，降低了铸坯改降判率，减少了中间包使用成本，实现年创效300余万元。

（1）建立了不同钢种间的混浇原则，研究了混浇过程铸坯的成分梯度，并构建了混浇坯长度（重量）的判定标准。

（2）针对成分相近的钢种和成分差异显著的钢种，建立了不同的混浇工艺，实施效果良好，未发生质量和生产事故。

（3）创建了混浇过程的保护渣更换制度，保证了混浇铸坯的表面质量。

参考文献

[1] 陆匠心, 王利. 高强度汽车钢板的生产与使用[J]. 汽车工艺与材料, 2004(2):45-49.

[2] 马鸣图. 我国汽车钢板研究与应用进展[J]. 钢铁, 2001, 36(8):64-69.

[3] 张剑君, 彭著刚, 王春锋等. 薄板坯单流中间包混浇水力学模型试验研究[J]. 炼钢, 2017, 33(4):19-22.

[4] 尚浩. 不同钢种与连铸保护渣关系与选用[C]. 2012年连铸保护渣技术研讨会, 2013.