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冶金科技獎一等獎 | 高鋁鋼及微合金鋼板坯連鑄�(guān)鍵技�(shù)開發(fā)與應(yīng)�

2022-08-19 11:45    來源:中國鋼鐵新聞網(wǎng)
  完成�
  季晨�、張丙龍、陳 �、于會香、俞學成、劉 �、田貴昌、劉國梁、劉建斌、鄧小旋、朱志遠、劉延強、楊春寶、劉珍童、王 �
  完成單位
  首鋼集團有限公司、北京科技大學、首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公�、北京首鋼股份有限公�
  研究的背景與問題
  隨著國民�(jīng)濟發(fā)展和�(chǎn)�(yè)�(jié)�(gòu)升級,高鋁鋼及微合金鋼等高端鋼鐵材料廣泛�(yīng)用于汽車、能源電力、海洋工�、船舶等重點�(lǐng)域,高效連鑄生產(chǎn)的技�(shù)�(zhì)量問題日益凸�。如汽車用DP、TRIP鋼因鋼中Al含量高達1.0%以上,不僅難以實�(xiàn)多爐連澆,而且連鑄板坯存在橫向凹陷、裂�、斷坯等問題;高等級橋梁�、高強鋼、能源鋼、管線鋼等因添加Nb、V、Ti等微合金元素,熱裝鑄坯軋后鋼板表面容易出�(xiàn)裂紋。這些難題不僅影響生產(chǎn)效率,還會造成資源和能源浪�。此�,隨著用戶的個性化需求增�,微合金鋼品種、規(guī)�、連鑄短澆次增�,微合金鋼連鑄漏鋼風險增大,直接影響高效連鑄過程的穩(wěn)定�。相對于普通鋼�,高鋁鋼和微合金鋼元素多且含量高,質(zhì)量控制難度大、工藝復�。原有的高效�(wěn)定工藝技�(shù),已無法適應(yīng)高鋁鋼和微合金鋼生產(chǎn)需�,具體體�(xiàn)在:
  �1)高鋁鋼保護渣易反應(yīng)變�,粘�(jié)報警頻繁,連鑄可澆性差,板坯表面裂紋多,必須下線清�。針對高鋁鋼板坯連鑄,韓國浦項制鐵開�(fā)了液�(tài)保護渣技�(shù),將鈣鋁系保護渣加熱熔化后流入結(jié)晶器,控制渣圈達到改善板坯表面質(zhì)量的目的;國�(nèi)也有企業(yè)直接采用低堿�、低熔點鈣硅系保護渣或者直接采用鈣鋁系保護渣的成功先例。這些技�(shù)極大促進了高鋁高錳鋼的開發(fā)與應(yīng)�,但均未實現(xiàn)常規(guī)拉速的多爐連澆�
 ?�?)Nb、V、Ti微合金橋梁鋼、高強鋼、能源鋼、管線鋼等高等級鋼實�(xiàn)高溫熱裝(兩相區(qū))難度大,鋼板易�(chǎn)生紅送裂�。針對高等級微合金高強鋼板的熱裝紅送裂�,國�(nèi)外普遍采用板坯下線控�、專用淬火池及鑄坯切割后淬火等方�,鑄坯熱量損失大,生�(chǎn)效率�,表層組織細化和抑制第二相粒子析出的效果不充��
  �3)高性能�(chǎn)品在�(chǎn)量快速增長的同時,品種、規(guī)格和�(zhì)量個性化的要求也大幅度增�,給連鑄批量高效生產(chǎn)提出了嚴苛的要求。同�,異鋼種連澆、在線調(diào)寬等技�(shù)的推廣應(yīng)用,也給連鑄恒拉速生�(chǎn)和不漏鋼帶來了極大的挑戰(zhàn)�
  解決問題的思路與技�(shù)方案
  圍繞以上高效化連鑄的關(guān)鍵問�,首鋼與北京科技大學長期開展合作,進行高鋁鋼及微合金鋼板坯連鑄�(guān)鍵技�(shù)攻關(guān)。首先針對高鋁鋼的凹�、裂�、斷坯和連鑄過程粘結(jié)報警問題,研究發(fā)�(xiàn)了結(jié)晶器保護渣渣圈對鑄坯表面橫向凹陷、裂紋和粘結(jié)報警的影響規(guī)�,從彎月面鋼水流動性、保護渣反應(yīng)性等方面抑制渣圈長大,并通過�(jié)晶器小負滑脫振動控制渣圈周期性脫�,減小渣圈對初生坯殼的擠壓變�,進而減小其對橫向凹陷和裂紋的不利影�,實�(xiàn)高鋁鋼高�(zhì)量穩(wěn)定澆�,板坯裂紋發(fā)生率逐年降低。同時,開發(fā)了結(jié)晶器�(nèi)坯殼均勻凝固技�(shù),提高了微合金鋼板坯連鑄拉速,降低了板坯縱裂紋�(fā)生率。在改善鑄坯�(zhì)量的基礎(chǔ)�,針對鑄軋界面微合金鋼因紅送裂紋不能高溫熱裝的問題,對鑄機末段進行改�,實�(xiàn)鑄坯在線高溫快冷,最有效地抑制了析出物、細化了微觀組織,并基于軋制過程鑄坯表層�(yīng)力分析和組織�(zhuǎn)變冷速分析,首次開發(fā)了基于連鑄機二冷段的板坯熱裝預(yù)處理工藝,實�(xiàn)了設(shè)�、工藝技�(shù)和控制系�(tǒng)的集成。針對高鋁鋼及微合金鋼品種多,規(guī)格多、個性化要求多的問題,為進一步提高連鑄過程的穩(wěn)定�,實�(xiàn)跨鋼種族混澆和恒拉速結(jié)晶器大幅�(diào)寬不漏鋼,研究了�(diào)寬過程中窄面銅板的溫度波動規(guī)�,開�(fā)了恒拉速結(jié)晶器雙向高效�(diào)寬技�(shù);開�(fā)了耦合中間包和�(jié)晶器混合過程的混澆成分預(yù)測模�,準確預(yù)測了�(jié)晶器�(nèi)鋼液成分,為�(jié)晶器錐度、水量等工藝參數(shù)實時�(diào)整提供了依據(jù),解決了跨鋼種族連澆容易�(fā)生的漏鋼問題�
�1 項目總體研發(fā)思路
  主要�(chuàng)新性成�
  該項目取得重要科技�(chuàng)新如下:
  �1)揭示了高鋁鋼([%Al]�1.0)連鑄板坯的橫向凹�、裂紋、斷坯等缺陷的形成機�,開�(fā)出“結(jié)晶器電磁攪拌+大傾角水口”等連鑄坯殼均勻控制技�(shù),提出并實現(xiàn)了結(jié)晶器非正弦小負滑脫新型振動模�,缺陷發(fā)生率降低�0.1%,拉速從0.8 m/min提高�1.2 m/min以上,高鋁鋼連澆爐數(shù)提高�5爐以��
 ?�?)針對微合金鋼連鑄板坯熱裝易出�(xiàn)的紅送裂紋難�,開�(fā)出鑄機扇形段�(nèi)板坯熱裝表面在線�(yù)處理裝備、工藝及控制系統(tǒng)成套技�(shù),設(shè)計了大流量噴嘴最佳布置方�,研究得到了鑄坯表面起始冷卻溫度、冷卻速度等關(guān)鍵參�(shù),開�(fā)了連鑄板坯外弧/�(nèi)弧最佳水量比控制工藝,解決了熱裝�(yù)處理快冷條件下鑄坯易彎曲的關(guān)鍵難�,實�(xiàn)微合金鋼鑄坯熱裝的表面溫度控制在650℃以��
 ?�?)開�(fā)了跨鋼種族混澆技�(shù)和結(jié)晶器大幅�(diào)寬技�(shù),解決了跨鋼種族混澆和結(jié)晶器在線�(diào)寬量大易漏鋼的難�,實�(xiàn)了恒拉速結(jié)晶器單次�(diào)寬量400mm以上,多品種、多�(guī)格單澆次連鑄16.9萬噸,單臺鑄機連續(xù)生產(chǎn)1350萬噸未漏��
  �(yīng)用情況與效果
  首鋼與北京科技大學長期開展合作,進行高鋁鋼及微合金鋼板坯連鑄�(guān)鍵技�(shù)攻關(guān)。累計實�(xiàn)�(jīng)濟效�2.87億元,授�(quán)�(fā)明專�10�,中國鋼鐵工�(yè)�(xié)會組織科技成果評價,專家組一致認為“該項成果總體技�(shù)達到國際�(lǐng)先水平��
  �(jīng)過長期連鑄工業(yè)實踐和系�(tǒng)攻關(guān),發(fā)�(xiàn)并揭示了高鋁鋼粘�(jié)報警及橫向凹陷機�。從工藝上對�(jié)晶器振動、保護渣性能以及�(jié)晶器表面流動進行了優(yōu)�,實�(xiàn)300噸鋼包產(chǎn)線實�(xiàn)高鋁鋼([%Al]�1.0)單澆次�(wěn)定澆�1500噸以�。連鑄拉速從0.8 m/min提高�1.2 m/min�
  采用本項目研�(fā)成果�,首鋼京唐厚板坯熱裝表面溫度�200℃提升到650℃以上,全面覆蓋中碳含鈮�、亞包晶鋼等裂紋敏感鋼種,解決了連鑄板坯高溫熱裝鋼板紅送裂紋問�,實�(xiàn)高等級鋼種(高強鋼Q690、管線鋼X70、橋梁鋼Q500E-H等及以上級別)鑄坯熱�。熱裝溫度提高后,節(jié)能降耗效果顯�。氧化鐵皮厚度從2.3 mm降至1.2 mm。該項目實施,有效推動了鋼鐵企業(yè)節(jié)能降�,為鋼鐵企業(yè)實現(xiàn)低碳、綠色冶金提供了新的途徑和方��
�2 鑄坯表面溫度與形貌:(a)預(yù)處理�;(b)鑄坯返溫后
  開發(fā)的跨鋼種族混澆技�(shù)和結(jié)晶器大幅�(diào)寬技�(shù),解決了跨鋼種族混澆和結(jié)晶器在線�(diào)寬量大易漏鋼的難�,實�(xiàn)了多品種、多�(guī)格單澆次連鑄16.9萬噸,單臺鑄機連續(xù)生產(chǎn)1350萬噸未漏��1.4m/min恒拉速單次在線調(diào)寬達�400mm�
  開發(fā)的系列高鋁冷軋高強鋼批量�(yīng)用于奔馳、一汽等車企,有力地支撐了汽車行�(yè)的輕量化。板坯熱裝溫度及比例提高,實�(xiàn)減排CO2�10.8kg/t��

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