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  • 冶金科技奖一等奖 高铝钢及微合金钢板坯连铸关键技术开发与应用

    作者:admin发表时间:2022-08-20

      季晨曦、张丙龙、陈斌、于会香、俞学成、刘洋、田贵昌、刘国梁、刘建斌、邓小旋、朱志远、刘延强、杨春宝、刘珍童、王策

      首钢集团有限公司、北京科技大学、首钢京唐钢铁联合有限责任公司、北京首钢股份有限公司

      随着国民经济发展和产业结构升级,高铝钢及微合金钢等高端钢铁材料广泛应用于汽车、能源电力、海洋工程、船舶等重点领域,高效连铸生产的技术质量问题日益凸显。如汽车用DP、TRIP钢因钢中Al含量高达1.0%以上,不仅难以实现多炉连浇,而且连铸板坯存在横向凹陷、裂纹、断坯等问题;高等级桥梁钢、高强钢、能源钢、管线钢等因添加Nb、V、Ti等微合金元素,热装铸坯轧后钢板表面容易出现裂纹。这些难题不仅影响生产效率,还会造成资源和能源浪费。此外,随着用户的个性化需求增多,微合金钢品种、规格、连铸短浇次增多,微合金钢连铸漏钢风险增大,直接影响高效连铸过程的稳定性。相对于普通钢材,高铝钢和微合金钢元素多且含量高,质量控制难度大、工艺复杂。原有的高效稳定工艺技术,已无法适应高铝钢和微合金钢生产需求,具体体现在:

      (1)高铝钢保护渣易反应变性,粘结报警频繁,连铸可浇性差,板坯表面裂纹多,必须下线清理。针对高铝钢板坯连铸,韩国浦项制铁开发了液态保护渣技术,将钙铝系保护渣加热熔化后流入结晶器,控制渣圈达到改善板坯表面质量的目的;国内也有企业直接采用低碱度、低熔点钙硅系保护渣或者直接采用钙铝系保护渣的成功先例。这些技术极大促进了高铝高锰钢的开发与应用,但均未实现常规拉速的多炉连浇。

      (2)Nb、V、Ti微合金桥梁钢、高强钢、能源钢、管线钢等高等级钢实现高温热装(两相区)难度大,钢板易产生红送裂纹。针对高等级微合金高强钢板的热装红送裂纹,国内外普遍采用板坯下线控温、专用淬火池及铸坯切割后淬火等方式,铸坯热量损失大,生产效率低,表层组织细化和抑制第二相粒子析出的效果不充分。

      (3)高性能产品在产量快速增长的同时,品种、规格和质量个性化的要求也大幅度增加,给连铸批量高效生产提出了严苛的要求。同时,异钢种连浇、在线调宽等技术的推广应用,也给连铸恒拉速生产和不漏钢带来了极大的挑战。

      围绕以上高效化连铸的关键问题,首钢与北京科技大学长期开展合作,进行高铝钢及微合金钢板坯连铸关键技术攻关。首先针对高铝钢的凹陷、裂纹、断坯和连铸过程粘结报警问题,研究发现了结晶器保护渣渣圈对铸坯表面横向凹陷、裂纹和粘结报警的影响规律,从弯月面钢水流动性、保护渣反应性等方面抑制渣圈长大,并通过结晶器小负滑脱振动控制渣圈周期性脱落,减小渣圈对初生坯壳的挤压变形,进而减小其对横向凹陷和裂纹的不利影响,实现高铝钢高质量稳定浇铸,板坯裂纹发生率逐年降低。同时,开发了结晶器内坯壳均匀凝固技术,提高了微合金钢板坯连铸拉速,降低了板坯纵裂纹发生率。在改善铸坯质量的基础上,针对铸轧界面微合金钢因红送裂纹不能高温热装的问题,对铸机末段进行改造,实现铸坯在线高温快冷,最有效地抑制了析出物、细化了微观组织,并基于轧制过程铸坯表层应力分析和组织转变冷速分析,首次开发了基于连铸机二冷段的板坯热装预处理工艺,实现了设备、工艺技术和控制系统的集成。针对高铝钢及微合金钢品种多,规格多、个性化要求多的问题,为进一步提高连铸过程的稳定性,实现跨钢种族混浇和恒拉速结晶器大幅调宽不漏钢,研究了调宽过程中窄面铜板的温度波动规律,开发了恒拉速结晶器双向高效调宽技术;开发了耦合中间包和结晶器混合过程的混浇成分预测模型,准确预测了结晶器内钢液成分,为结晶器锥度、水量等工艺参数实时调整提供了依据,解决了跨钢种族连浇容易发生的漏钢问题。

      (1)揭示了高铝钢([%Al]≥1.0)连铸板坯的横向凹陷、裂纹、断坯等缺陷的形成机理,开发出“结晶器电磁搅拌+大倾角水口”等连铸坯壳均匀控制技术,提出并实现了结晶器非正弦小负滑脱新型振动模式,缺陷发生率降低至0.1%,拉速从0.8 m/min提高至1.2 m/min以上,高铝钢连浇炉数提高到5炉以上;

      (2)针对微合金钢连铸板坯热装易出现的红送裂纹难题,开发出铸机扇形段内板坯热装表面在线预处理装备、工艺及控制系统成套技术,设计了大流量喷嘴最佳布置方式,研究得到了铸坯表面起始冷却温度、冷却速度等关键参数,开发了连铸板坯外弧/内弧最佳水量比控制工艺,解决了热装预处理快冷条件下铸坯易弯曲的关键难题,实现微合金钢铸坯热装的表面温度控制在650℃以上;

      (3)开发了跨钢种族混浇技术和结晶器大幅调宽技术,解决了跨钢种族混浇和结晶器在线调宽量大易漏钢的难题,实现了恒拉速结晶器单次调宽量400mm以上,多品种、多规格单浇次连铸16.9万吨,单台铸机连续生产1350万吨未漏钢。

      首钢与北京科技大学长期开展合作,进行高铝钢及微合金钢板坯连铸关键技术攻关。累计实现经济效益2.87亿元,授权发明专利10项,中国钢铁工业协会组织科技成果评价,专家组一致认为“该项成果总体技术达到国际领先水平”。

      经过长期连铸工业实践和系统攻关,发现并揭示了高铝钢粘结报警及横向凹陷机理。从工艺上对结晶器振动、保护渣性能以及结晶器表面流动进行了优化,实现300吨钢包产线实现高铝钢([%Al]≥1.0)单浇次稳定浇铸1500吨以上。连铸拉速从0.8 m/min提高至1.2 m/min。

      采用本项目研发成果后,首钢京唐厚板坯热装表面温度从200℃提升到650℃以上,全面覆盖中碳含铌钢、亚包晶钢等裂纹敏感钢种,解决了连铸板坯高温热装钢板红送裂纹问题,实现高等级钢种(高强钢Q690、管线E-H等及以上级别)铸坯热装。热装温度提高后,节能降耗效果显著。氧化铁皮厚度从2.3 mm降至1.2 mm。该项目实施,有效推动了钢铁企业节能降耗,为钢铁企业实现低碳、绿色冶金提供了新的途径和方向。

      开发的跨钢种族混浇技术和结晶器大幅调宽技术,解决了跨钢种族混浇和结晶器在线调宽量大易漏钢的难题,实现了多品种、多规格单浇次连铸16.9万吨,单台铸机连续生产1350万吨未漏钢,1.4m/min恒拉速单次在线mm。

      开发的系列高铝冷轧高强钢批量应用于奔驰、一汽等车企,有力地支撑了汽车行业的轻量化。板坯热装温度及比例提高,实现减排CO2达10.8kg/t钢。返回搜狐,查看更多

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