亓欣华，陈培敦，赵 刚，李志平，李 峰

（山东泰山钢铁集团有限公司，山东 济南 271100）

1 前言

400系铁素体不锈钢成本低廉，产品稳定经济耐用，特别在成型性、耐蚀性、抗氧化性好，广泛用于家电、汽车、建筑行业、石化和环保工业等领域，发展前景广阔。泰山钢铁以优质产品质量和冷轧板面光亮度赢得了客户和市场的认可，泰山产品已占据全国400系不锈钢30%的市场份额，冷轧板面光洁度具备BA板和家电板的要求。BA板、家电板产量逐步增加，而钢带冷轧后边部狭缝线宽度影响着客户成材率，制约着冷轧钢带的利用率。针对该问题，泰山钢铁不锈钢事业部在铸坯坯型上进行改进，在400系不锈钢生产上使用倒角结晶器来改变板坯角部质量和形状，以降低钢带狭缝线宽度和深度。

2 倒角结晶器可行性分析

为进一步改善钢带狭缝线的宽度，提高400系不锈钢带冷轧钢带成材率，泰山钢铁不锈钢事业部大胆创新，对铸坯外形实施优化改进，在400系不锈钢连铸上使用倒角结晶器进行研究分析，倒角结晶器冷却构造和形状与直角结晶器差别较大，结晶器冷却水强度调整是倒角结晶器在不锈钢连铸使用的主要技术问题，根据倒角结晶器铜板的构造和材质，结晶器冷却水流量较常规直角结晶器的冷却水流量增大。倒角结晶器与直角结晶器窄边形状的不同，使结晶器锥度也随之发生变化，结晶器的锥度设定大小对400系不锈钢板坯宽度和内部组织起到决定性作用，也是影响钢带狭缝线宽度关键因素之一。

倒角结晶器在400系不锈钢板坯连铸的应用技术开发、设计、制作与当前连铸机相匹配，倒角结晶器铜板设计，需优化收缩因子、结晶器锥度、结晶器冷却水强度、二冷水配水强度、拉速的匹配等一系列控制参数，在窄边结晶器出口足辊设计为与铜板两侧倒角尺寸相匹配的足辊，才能保证400系不锈钢倒角结晶器应用成功，才能获得较好的铸坯坯型和外形尺寸符合计划要求。

3 倒角结晶器设计与应用

3.1 倒角结晶器铜板结构设计

为得到满意的坯型和理想的钢带狭缝宽度，在倒角结晶器的结构设计和技术研发方面，做了大量地调查研究和讨论，不锈钢事业部与结晶器厂家共同研发，针对泰山钢铁生产的不锈钢品种特性和规格要求进行技术分析，并匹配目前的连铸机设备，在倒角结晶器铜板选材、铜板结构、倒角弧度的设计、冷却水槽和水孔设计等关键点参数进行反复论证。在倒角结晶器宽边、窄边面铜板上都设计比较合理的水冷糟，针对倒角弧设计了更利于角部冷却的水孔，角部冷却更加均匀，更易于400系不锈钢宽幅板坯的冷却控制。结晶器铜板表面镀耐磨层，镀层表面光滑，利于延长结晶器铜板的使用寿命。铜板用螺栓固定，在吊运和安装上更加便捷。

倒角结晶器窄边铜板角部设计倒角弧半径R为60°～62°；宽边宽1 870 mm，窄边宽216 mm，厚度40 mm；倒角结晶器窄边铜板的两个角部各增加了两个直径为Φ7 mm的冷却水孔；倒角结晶器的冷却水槽面上增加了8个Φ8.5 mm的通水孔，使冷却水能够顺利进入倒角处的Φ7 mm通水孔内。

3.2 倒角结晶器传热效果分析

在结晶器冷却方面，铜板材质和冷却结构设计是影响板坯外形尺寸和内部结构的关键，所以，倒角结晶器由直角结晶器的4个直角改变到8个弧度钝角，能够减缓板坯角部温度的快速流逝。因此设计窄边铜板有弧形角度的结晶器，力求从温度场分布方面改善铸坯角部冷却强度。倒角结晶器和直角结器的铜板结构不同，窄边铜板角部设计为倒角弧半径60°～62°的倒角，保证角部铸坯的冷却更加稳定，从而改善铸坯角部的冷却强度；相对于直角结晶器铜板，角部低温区扩展趋势得到遏制。倒角结晶器铜板宽面最高温度为353℃，窄面最高温度为318℃，角部低温区最高温度为293℃。角部低温区最高温度与宽面最高温度相差53℃，结晶器铜板温度分布更加均匀，有利于提高初始凝固坯壳质量均匀性。

3.3 倒角结晶器足辊改造

使用倒角结晶器后，铸坯角部冷却强度明显降低，铸坯角部温度较直角板坯温度有了明显提高，铸坯角部温度提高使初生坯壳变薄容易出现鼓肚等缺陷。为了解决铸坯角部鼓肚等缺陷，设计了与坯型相吻合的倒角足辊，使刚出结晶器的坯壳角部得到有效支撑，减轻铸坯角部鼓肚及静压力，从而进一步改善铸坯角部质量。足辊调整参数：第1道辊，0 mm（即低于铜板下口工作面0 mm）；第2道辊，0.5 mm；第3道辊，1.0 mm；第4道辊，1.5 mm。

4 倒角结晶器在不锈钢连铸的生产应用

4.1 2#连铸机工艺装备

泰山钢铁不锈钢事业部2#连铸机为1机1流直弧形连铸机，具有漏钢预报系统、液面自动控制系统和自动加渣系统、结晶器液压振动装置、动态轻压下系统、电磁搅拌系统、去毛刺机等，具备铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢、超纯铁素体不锈钢及马氏体不锈钢的生产能力。

连铸机技术参数：一机一流直弧型连铸机，铸机半径9 000 mm，弯曲区长度15 627.23 mm，矫直区长度2 786.61 mm，正常拉速0.8～1.8 m/min，最大拉速2.0 m/min，铸坯规格（200～220）×（800～1 600）mm，铸机作业率＞85%，铸机能力年产合格铸坯60～80万t。

4.2 倒角结晶器冷却水及锥度优化

倒角结晶器投入使用后铸坯角部冷却强度明显改善，同时在400系不锈钢板坯宽度及坯型控制上更加便捷，实施结晶器在线调宽。在保证浇注安全和顺行的情况下，可根据热坯宽度和外形尺寸调整一冷、二冷水配水量，使铸坯角部、表面振痕更规则，并且振痕深度由1.0 mm降至0.7 mm以下，为下一步开发超纯高档不锈钢和高附加值不锈钢奠定了良好的设备基础。结晶器水量宽边水3 200～3 800 L/min、窄边水350～420 L/min；二冷水量见表1。

表1 二冷水量控制范围L/min

为了改善结晶器传热系数，结晶器选择合适的锥度。过大的锥度会造成坯壳与结晶器之间摩擦力增大，加剧结晶器镀层磨损，影响结晶器的使用寿命；锥度过小会使结晶器壁与坯壳之间的气隙增大，传导热流减小，坯壳变薄，不利于400系不锈钢铸坯宽度控制，更容易发生漏钢或造成铸坯角部纵裂纹等缺陷。400系钢种特性膨胀系数大，选择合适的结晶器锥度设定尤为重要，对400系铸坯坯型控制起到关键作用。倒角结晶器收缩因子由0.976调整到0.988，锥度设定控制在1.10%～1.15%，铸坯宽度0～15 mm，达标率保持在92%以上，为轧制板形控制创造了条件。

4.3 倒角坯与直角坯温度对比分析

采用倒角结晶器从温度及应力等方面的改善，铸坯角部组织和角部裂纹、形状等都得到明显改善，技术人员跟踪下线铸坯温度控制情况，用红外线测温仪测量铸坯角部、表面、窄边的温度。倒角铸坯与直角铸坯的矫直温度也有了明显提高，测量扇形段矫直区倒角铸坯比直角铸坯窄面温度高95℃，铸坯出扇形段温度高46℃，切割区温度高33℃，比直角铸坯温度高50～80℃。使用倒角结晶器后测扇形段矫直区温度也有所提高，有效降低了铸坯拉应力和应力集中对铸坯质量的影响，避开了高温矫直脆性区，角部应力减小，铸坯倒角部位弧度圆滑、平整，无折叠的缺陷；铸坯温度的提高满足了热装热送要求，为热轧工序的热装轧制创造了有利条件。各区间铸坯温度见表2。

表2 各区间铸坯温度℃

4.4 铸坯组织的对比分析

倒角结晶器在400系不锈钢连铸机的应用，倒角结晶器宽边、窄边冷却方式较直角结晶器不同，采取低过热度浇注，中间包钢水过热度控制在15～20℃。配水参数，比水量控制在1.05～1.25 L/kg。实施恒拉速浇注，降低了铸坯冷却强度，提高了铸坯组织等轴晶率，对内部组织中心疏松、角部裂纹、柱状晶等指标的控制起到了很好的作用。在电磁搅拌同等条件下（电磁搅拌电流300～350 A，频率4.0～5.0 Hz），倒角结晶器等轴晶率较直角结晶器等轴晶率提高20%～30%。铸坯内部组织见表3。

表3 铸坯等轴晶比例

5 应用效果

采用倒角结晶器生产400系不锈钢铸坯，经过炉卷轧机轧制后，钢带狭缝线的宽度明显改善，使狭缝线的单边宽度由25 mm降至15 mm以内。提高了冷轧带钢的成材率1.5%～3.0%，为客户创造了更高利润，使泰山品牌的产品进一步得到市场认可，增加产品市场占有率，满足了BA板、家电板等高端用户对钢带表面色泽、光亮度等要求。400系不锈钢板坯连铸机倒角结晶器应用技术开发，有效降低了铸坯角部裂纹缺陷的发生，产品质量稳步提升，增加了产品销量和产量。使用倒角结晶器后，板坯宽度达标率0～15 mm达到92%，比直角结晶器提高了16%，钢带两侧狭缝线宽度较直角结晶器钢带各降低了10 mm，提高了钢带利用率。

6 结语

400系不锈钢板坯连铸机倒角结晶器应用技术成功开发，实现了倒角结晶器在400系不锈钢连铸领域的应用。倒角结晶器的应用降低了热轧钢带狭缝线的宽度，提高了产品质量，为开发高档不锈钢品种奠定了基础。