方坯連鑄機漏鋼原因分析及改進措施

唐鋼二鋼軋廠 李波 軒宗宇 柳洪義

方坯連鑄機漏鋼原因分析及改進措施

唐鋼二鋼軋廠 李波 軒宗宇 柳洪義

在連鑄生產中，漏鋼是危害很大的事故。輕則影響鑄坯質量，造成廢品，重則影響連鑄機作業(yè)率，損壞設備，危害操作人員安全。近年來，隨著國內連鑄工藝技術的進步，盡管連鑄漏鋼事故得到了有效的抑制，但仍是一種不能完全避免的事故。

要保障生產順利進行，提高連鑄機作業(yè)率，就必須減少和控制漏鋼次數。2008年，唐鋼第二鋼軋廠漏鋼事故較多，漏鋼率達到了0.209%，嚴重影響了生產的暢行。為此，二鋼軋廠成立了攻關組，對漏鋼的成因進行分析，認為夾渣漏鋼、粘結漏鋼和角部裂紋漏鋼是主要原因，因此采取了相應措施，從而控制了漏鋼事故的發(fā)生。

一、鑄機參數

唐鋼二鋼軋廠有2臺4機4流，3臺6機6流方坯連鑄機，實際年產能力400萬噸，澆鑄的斷面有4種：150×150，165×165，165×225，165×280，所生產的鋼種主要有建筑用鋼、低合金鋼、硬線鋼、軸承鋼、焊接用鋼等近100個品種。鑄機采用定徑水口和塞棒控制兩種，浸入式水口加保護渣進行保護澆鑄。

二、夾渣漏鋼、粘結漏鋼和角部裂紋漏鋼的特點與原因分析

1.夾渣漏鋼。

（1）夾渣漏鋼特點。漏鋼處坯殼有一定的弧度，不像裂紋漏鋼，有撕裂的感覺。而且漏鋼后，結晶器內沒有殘余坯殼。絕大多數夾渣漏鋼都是夾渣點剛剛出結晶器便發(fā)生漏鋼。

（2）夾渣漏鋼的原因。

①結晶器振動。結晶器振動是為了實現新生坯殼與結晶器銅管脫離，但當結晶器振動不夠平穩(wěn)，偏擺過大，就會將結晶器內鋼液表面的渣子卷入鋼水中，部分沒能上浮的渣子就會隨鑄坯一起被拉出結晶器，當渣子靠近坯殼時就會造成傳熱過低，坯殼偏薄，無法承受鋼水靜壓力，產生漏鋼。

②鋼水純凈度。鋼水純凈度不夠、鋼水二次氧化，雜質聚集到一定程度，隨鋼流被卷到結晶器鋼水深處，部分沒能上浮的渣子就會隨鑄坯一起被拉出結晶器，當渣子靠近坯殼時就會造成傳熱過低，坯殼偏薄，無法承受鋼水靜壓力，產生漏鋼。

③轉爐、大包、中間包等脫落的耐材，不能及時上浮，也會造成夾渣漏鋼。

④操作原因。操作不當，造成結晶器液面波動過大，也會產生與結晶器振動不平穩(wěn)相似的卷渣漏鋼。

2.粘結漏鋼。

（1）粘結漏鋼的特點。粘結漏鋼的坯殼上部粘結在結晶器銅壁上，呈現上部坯殼厚、下部坯殼薄的特點。鑄坯漏鋼部位附近的振痕紊亂，甚至沒有振痕，表面麻點較多。

2.開展特色活動。圍繞生產經營創(chuàng)新黨建工作載體，搭建活動平臺，組織開展“亮身份、賽業(yè)績、踐承諾、作表率”、“書香寶勝”、“技術沙龍”、“黨員阿米巴”、“黨牽頭，攻難關”、“學典型，趕先進，創(chuàng)效益”、“黨建引領，組織共建”等特色品牌活動，進一步完善基層黨組織建設，激發(fā)公司各級基層黨支部活力，積極發(fā)揮黨建工作在企業(yè)發(fā)展中的優(yōu)勢把黨建工作成效轉化為公司發(fā)展的活力和競爭實力。

（2）粘結漏鋼的原因。

①保護渣的性能。保護渣潤滑性能不好是發(fā)生粘結漏鋼的主要原因，保護渣是根據所澆鋼的成分設計的，如果澆鑄溫度過高（過熱度超過40度）或過低（過熱度低于10度），保護渣的潤滑效果就差，導致坯殼與銅板之間的摩擦增大，就有可能發(fā)生粘結。同時，液渣層的厚度也有重要影響，液渣層厚度在10～15mm較理想。

②結晶器振動。結晶器有規(guī)律的往復振動，能夠實現鑄坯的負滑脫，可以防止結晶器銅管與坯殼粘結，獲得較好的鑄坯表面質量。如果結晶器振動不平穩(wěn)（振動頻率、振幅不合適），初生坯殼所受的摩擦阻力增大，容易造成坯殼與結晶器銅管粘結，導致漏鋼。

③結晶器倒錐度。在結晶器傳熱過程中，鑄坯坯殼與結晶器銅管之間的氣隙熱阻最大，占結晶器傳熱中總熱阻的70%～90%。如果倒錐度過大（大于1.2%/m），將會增加結晶器銅管與坯殼之間的摩擦力，當阻力超過鑄坯拉力和鋼水靜壓力時，就會造成漏鋼；如果倒錐度過?。ㄐ∮?.7%/m），則會增大氣隙熱阻，不利于結晶器傳熱，坯殼過薄，當鑄坯出結晶器下口時，坯殼無法承受鋼水的靜壓力和拉矯機的拉力而產生漏鋼。

④鋼水過熱度。當鋼水溫度過低（過熱度低于10度）時，會造成保護渣融化速度過慢，結晶器內液渣層過?。ú蛔?0mm）。當拉速偏高時，保護渣的融化跟不上鑄坯拉速，造成渣膜過薄甚至沒有渣膜，增加坯殼與結晶器銅管之間氣隙，降低傳熱效率，造成坯殼偏薄甚至與銅管壁直接粘結，而造成漏鋼。

⑤操作原因。主要是由于拉速太高、改變拉速太快造成的。

3.角部裂紋漏鋼。

（1）角部裂紋漏鋼的特點。漏鋼位置主要集中在距離內外弧面角部10～30mm處，長度10～100mm不等。漏鋼部位多發(fā)生在扇形段位置，距離結晶器下口約100～400mm。漏鋼的坯殼斷面厚度不均，角部附近坯殼最薄只有5～10mm，而中間最厚處可達到20mm左右。

①鋼種影響。澆鑄碳含量在0.08%～0.20%的碳鋼，從液相冷卻到1495℃左右時發(fā)生包晶反應（比較明顯），鑄坯線收縮系數增大，為9.8×10-5/℃（未發(fā)生包晶反應的線收縮系數為2×10-5/℃），線收縮率較大坯殼與結晶器壁容易形成氣隙。氣隙過早形成會導致坯殼的收縮不均勻和坯殼的厚度不均勻，在坯殼的薄弱處容易形成裂紋而導致漏鋼。此外，鋼中的雜質（主要為S等）對熱裂紋敏感性較大，當雜質元素含量增加時，鋼水發(fā)生裂紋漏鋼的傾向增加。經過對漏鋼爐次進行分析，普碳鋼Mn/S≤15時，發(fā)生角部縱裂漏鋼可能性明顯增加。

②鋼水溫度和拉速影響。鋼水過熱度越高，坯殼厚度越薄，由于結晶器中鋼水施加靜壓力，會導致坯殼發(fā)生膨脹，容易發(fā)生角部縱裂紋漏鋼。當拉速增大時，也較易發(fā)生漏鋼現象，因為隨拉速的增加，鑄坯在結晶器內停留的時間減少，造成坯殼偏薄，而且造成結晶器不夠潤滑，從彎月面到坯殼/結晶器壁面，結晶器保護渣流動性較差，嚴重時會造成裂紋漏鋼。

③保護渣質量。當保護渣設計不合理，結晶器銅管與坯殼之間形成的渣膜不均或者過薄，造成傳熱不均，影響鑄坯坯殼的均勻形成，薄坯殼處如果過薄，在出結晶器處如果無法承受拉力及靜壓力將會造成裂紋漏鋼。

④結晶器形狀。對于傳統結晶器而言，彎月面處的熱傳遞迅速使鑄流凝固成固體外殼，隨著外殼的收縮，角部脫離結晶器，停止熱傳遞。當坯殼離開結晶器時，坯殼溫度變化較大，此時增加拉速可能導致漏鋼。如果調節(jié)的錐度不合要求，結晶器和坯殼之間會產生氣隙，當空氣對結晶器中熱量傳遞的阻力達到最大時，它將嚴重妨礙所需厚度的坯殼形成，最終導致漏鋼。

此外，磨損和變形造成的結晶器錐度損耗會導致角部縱裂紋顯著增加。結晶器變形一方面可能是因為結晶器銅板厚度較薄，不足以支持銅板的熱膨脹引起的；另一方面可能是在引錠桿插入結晶器時，導致結晶器下部損壞而造成結晶器變形。而結晶器錐度過大會增加拉坯阻力，導致結晶器磨損加大，倒錐度加上熱縮造成氣隙厚度增加，進而加大角部磨損。此現象始終伴隨著鋼水靜壓力，這會誘發(fā)角部表面產生拉伸應變，從而引發(fā)裂紋。這種裂紋會以固定方式大大降低坯殼厚度，可能最終導致漏鋼。

⑤操作影響。當鑄機中間包水口偏向一側時，會造成被沖擊面坯殼偏薄，當鋼水過熱度偏高時影響尤其嚴重，在偏薄坯殼無法承受鋼水靜壓力和拉力時，就會造成裂紋漏鋼。保護渣加入不均，也會造成鑄坯坯殼形成不均，嚴重時也會造成裂紋漏鋼。

三、控制漏鋼的措施及效果

針對上述原因，同時考慮到漏鋼對鑄機利用率和有效性的影響，我廠主要采取了以下措施：

1.提高轉爐高拉碳率。我廠提高了高拉碳率，到2009年4月份全廠終點C≥0.08%的比例達到83%。

2.完善擋渣工藝。轉爐擋渣效果不理想，下渣量不穩(wěn)定，個別爐次回磷嚴重，影響鋼水的純凈度。為此，我廠引進定位擋渣設備，縮小出鋼口直徑，由原來的?155mm減小到?145mm，到變錐度出鋼口。抑制或消除出鋼過程下渣量。

3.鋼水成分及溫度合格率大幅提高，2009年前4個月較2008年溫度合格率平均提高了20%。

4.保證鋼水的純凈度。我廠延長了各個鋼種底吹時間（普通鋼種延長1min，精煉鋼延長2min），保證了鋼水成分均勻性和夾雜物的上浮。

5.標準化操作。我廠制定了各個工序的操作規(guī)程，嚴格要求各個崗位職工嚴格按標準化進行操作。

6.分鑄機分鋼種制定了結晶器振動及二冷冷卻參數，使其數值更符合我廠生產。

7.穩(wěn)定鑄機拉速。通過穩(wěn)定鋼水節(jié)奏，提高鋼水質量，連鑄硬線鋼生產基本實現了拉速微波動，減少了連鑄漏鋼。

8.穩(wěn)定中間包液面。我廠通過中間包稱量系統，基本實現了中間包液位恒定操作，就在換大包期間，中間包液位波動也控制在200mm以內，保證了中間包液位保持在400mm以上。

9.保證結晶器精度。合格的結晶器是預防鑄機發(fā)生漏鋼的重要手段，為了保證生產中使用合格的結晶器，我廠完善了結晶器使用管理規(guī)定。結晶器定期維護、檢驗，上線的結晶器必須保證其錐度（控制在0.6%/m～1.2%/m）、水縫控制分型號在3.5～5mm（最大偏差不超過0.5mm）、銅管表面質量符合規(guī)定的標準。

10.保證鑄機精度。鑄機每次檢修必須進行驗收，結晶器振動偏擺必須符合廠發(fā)規(guī)定，二冷水條偏差不能大于20mm。

11.保護渣質量。對來廠保護渣定期抽查，對其熔點、水含量、成分等嚴格要求。任何保護渣都有有效期，對過期的保護渣絕對不再使用。保護渣只有在鑄造期間才能打開，放在保護渣專用烘烤器上進行干燥。根據鋼中按照規(guī)定使用合適的保護渣。

在采取上述措施后，我廠2009年以來連鑄漏鋼大幅降低，漏鋼總數同比降低了58.5%。與2008年漏鋼情況對比如下（見表1）。

表1 2009年唐鋼第二鋼軋廠連鑄漏鋼情況

四、結論

1.夾渣漏鋼、粘結漏鋼和角部裂紋漏鋼是我廠連鑄漏鋼產生的主要原因。

2.我廠減少連鑄漏鋼所采取的措施，主要包括以下幾方面：一是提高鋼水質量。主要是保證鋼水成分、合理控制鋼水過熱度、穩(wěn)定供鋼節(jié)奏、提高鋼水純凈度等。二是保證原材料質量。對保護渣及其它原材料制定嚴格的管理辦法，定期抽查，制定原材料抽查臺帳。防止問題原材料上生產線。三是標準化操作。從轉爐——精煉——連鑄整個過程制定了嚴格的標準化操作規(guī)程，杜絕了各個生產部門的違規(guī)操作；四是保障設備精度。制定了各個設備的檢修管理辦法，制定嚴格的設備驗收標準，不符合標準的設備（器具）不允許生產。

3.通過改進，2009年以來連鑄漏鋼大幅降低，漏鋼總數同比降低了58.5%。