普碳鋼小方坯連鑄漏鋼分析及相關(guān)控制措施

【摘要】針對新興鑄管新疆公司煉鋼小方坯連鑄機漏鋼事故，從設備、工藝、操作等各方面進行了認真分析，制定了一系列的措施，取得了不錯的效果。

【關(guān)鍵詞】普碳鋼；小方坯；漏鋼

一、前言

新興鑄管新疆公司現(xiàn)有小方坯連鑄機一臺。自2011年底投產(chǎn)以來，溢漏率始終居高不下，嚴重制約了連鑄機產(chǎn)能的發(fā)揮，且對鑄坯質(zhì)量產(chǎn)生了較大的影響，最高時溢漏率達到1%以上。針對這一情況，從2013年初開始進行漏鋼的攻關(guān)，提出了一些措施，并取得了較好的效果。

二、工藝及設備現(xiàn)狀

新興鑄管新疆公司現(xiàn)有160mm×160mm8機8流小方坯連鑄機一臺，建于2011年，采用快換式定徑水口加浸入式水口保護澆鑄、結(jié)晶器液面自動控制、保護渣等澆注方式。目前，主要生產(chǎn)的鋼種有Q195，Q235，HPB300，HRB400E，HRB500E等，連鑄機的主要工藝參數(shù)如下：

弧形半徑：10m；工作拉速：1.8～2.5m/min

結(jié)晶器：窄水縫導流水套結(jié)晶器，水縫4mm，長900mm

振動：短臂四連桿，振幅±3.5mm，振頻175～240次/min，正弦。

三、事故概況

2012年共發(fā)生漏鋼818次，操作漏鋼245次（含開澆漏鋼、更換套管等）約占30%，工藝性漏鋼558次（含結(jié)殼和角裂漏鋼等）約占68%，其中角裂漏鋼占60%，其他為設備原因等共15次。操作漏鋼通過制定標準化操作等方法可以得到控制。難點在于控制角裂漏鋼，角部漏鋼多發(fā)生在結(jié)晶器出口處200mm以內(nèi)，漏鋼位置的坯殼存在凹陷縱裂，在角部30mm以內(nèi)，漏鋼長度100～500mm。

四、角部縱裂產(chǎn)生的機理

縱裂是指鑄坯沿拉坯方向產(chǎn)生的裂紋，靠近角部的裂紋稱為角部縱裂，發(fā)生縱裂的是由于初生坯殼厚度不均勻，在坯殼薄的地方應力集中，當應力超過其抗拉強度時產(chǎn)生裂紋。

結(jié)晶器中的坯殼中間部位是一維傳熱，氣隙形成較晚，同時坯殼中心部位在整個結(jié)晶器長度內(nèi)冷卻強度始終較高，出結(jié)晶器時坯殼較厚（15mm～20mm），該處較少出現(xiàn)裂紋漏鋼。而彎月面以下結(jié)晶器角部是二維傳熱，冷卻強度較強；角部和中心直接的過度部位，既不是二維傳熱，也不會因為鋼水的靜壓力作用而靠近結(jié)晶器壁，故冷卻強度最弱，坯殼最薄，出結(jié)晶器后，在鋼水的靜壓力和熱應力作用下最容易形成裂紋，當裂紋較深時即會造成漏鋼。如圖1。

通過分析和現(xiàn)場觀察可知，角部縱裂漏鋼的發(fā)生主要受鋼種、鋼水溫度和拉速、保護渣質(zhì)量、結(jié)晶器形狀和操作等因素影響。普碳鋼Mn/S≤15時，發(fā)生角部縱裂漏鋼的可能性明顯增加。而當澆鑄時鋼水過熱度過高、溫度和拉速不一致、拉速增大、保護渣設計不合理和加入不勻、結(jié)晶器錐度不合要求、中間包水口偏向一側(cè)時，均有可能導致角度裂紋漏鋼的發(fā)生。

我廠現(xiàn)生產(chǎn)的鋼種中，低合金鋼坯殼強度高，出結(jié)晶器口處坯殼厚（約15mm），足以支撐鋼水靜壓力，縱裂一般不會延續(xù)到鑄坯表面形成凹陷。但普碳鋼因出結(jié)晶器坯殼強度弱且薄，內(nèi)部角裂容易擴展到表面形成凹陷，嚴重時造成縱裂漏鋼。生產(chǎn)中出現(xiàn)的縱裂漏鋼發(fā)生部位多在距鑄坯角部30mm以內(nèi)，出結(jié)晶器下口200mm范圍內(nèi)，漏鋼坯殼內(nèi)部呈折皺狀。

五、幾個主要影響因素

1.結(jié)晶器銅管的因素 我廠由于只有一臺連鑄機、兩條軋鋼線，生產(chǎn)螺紋鋼及盤條，鋼種更換頻繁，生產(chǎn)完低合金鋼后，再生產(chǎn)普碳鋼時或結(jié)晶器銅管使用到3000t以上時，由于結(jié)晶器銅管內(nèi)部磨損嚴重，錐度不能很好的滿足坯殼成長需要，漏鋼事故會有所增加。因普碳鋼冷卻收縮率較大，生產(chǎn)普碳鋼和低合金鋼對銅管的錐度要求也不同。此外，工段管理要求不高且維修工責任心不強，安裝銅管時精度低，四面水縫不均，也是造成漏鋼的一個重要原因。

2.結(jié)晶器冷卻水的因素 生產(chǎn)前期，因結(jié)晶器水流量不足造成結(jié)晶器銅管過燒現(xiàn)象較為普遍，同時因一次冷卻強度低也會使新生坯殼較薄，易發(fā)生漏鋼。但過大的冷卻強度會加大坯殼的不均勻性，通過計算，得出結(jié)晶器水量在135m3，流速大約12m/s，進出水溫差有6～7℃時；坯殼厚度能夠滿足要求并且對減少角裂漏鋼效果較為明顯。此外，我廠所用結(jié)晶器軟水硬度較高，銅管有結(jié)構(gòu)現(xiàn)象，通過加藥、換水等措施，水質(zhì)已大為改善。

3.鋼水過熱度的因素 通過統(tǒng)計，我廠鋼水過熱度較高，一般都在30℃以上，鋼水過熱度高，會造成柱狀晶發(fā)達，裂紋容易擴展，且易出現(xiàn)“搭橋”現(xiàn)象，同時過熱度高會造成出結(jié)晶器坯殼薄，容易產(chǎn)生漏鋼現(xiàn)象，資料表明，中包過熱度每提高10℃，結(jié)晶器內(nèi)坯殼厚度減少約3%。通過重新計算過程溫降，得出生產(chǎn)普碳鋼時從轉(zhuǎn)爐出鋼到連鑄中包，過程溫降大約在80～90℃，重新規(guī)定了轉(zhuǎn)爐出鋼溫度，將中包過熱度控制在20～30℃。

4.中包工操作因素 我廠中包水口套管采用的是石英質(zhì)的，使用時間較短，更換頻繁，且部分中包工在更換中包水口套管時，結(jié)晶器液面控制選擇自動控制，液面波動很大，很容易造成卷渣或者破壞彎月面處新生成的坯殼，從而造成漏鋼。這一漏鋼往往發(fā)生在套管更換后1分鐘時間內(nèi)。

5.鋼水成分的影響 S、P是鋼中裂紋敏感元素，當鋼中S含量高時，形成FeS（熔點989），分布在晶界，引起晶間脆性，成為裂紋擴展的路徑。而Mn/S>15時，生成的MnS（熔點1600），以棒狀形式分散在奧氏體基體中，而不易形成裂紋。因此必須控制鋼水中硫、磷含量并提高Mn/S。

六、防范措施

1.與公司總調(diào)協(xié)調(diào)，合理安排不同鋼種的生產(chǎn)計劃，普碳鋼和低合金鋼盡量不使用同一批結(jié)晶器生產(chǎn)，或生產(chǎn)普碳鋼前對結(jié)晶器過鋼量大于1500t及磨損嚴重的進行更換。2.加強結(jié)晶器維修質(zhì)量的管理，控制水縫誤差在±0.2mm。3.降低轉(zhuǎn)爐出鋼溫度，確保中包過熱度在25℃以內(nèi)。4.根據(jù)生產(chǎn)的鋼種及結(jié)晶器磨損情況，合理調(diào)整結(jié)晶器水量。5.中包水口套管改為鋁碳質(zhì)，并規(guī)范職工操作，要求更換套管時改為手動操作拉速，減少操作事故。6.轉(zhuǎn)爐加強脫硫工藝控制，在鐵水S高時，適當提高鋼水Mn，確保Mn/S>15。

七、小結(jié)

在連鑄生產(chǎn)中，漏鋼是危害很大的事故，輕則影響鑄坯質(zhì)量，造成廢品，重則影響連鑄機作業(yè)率，損壞設備，威脅操作人員人身安全。我廠根據(jù)一年多以來的生產(chǎn)實踐，從工藝、設備、人員操作等方面進行了摸索，極大的減少了漏鋼事故的發(fā)生，溢漏率由原來的1%，降到了0.3%以下，為公司降本增效及產(chǎn)能提高做出了貢獻。

參考文獻

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