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，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。圍繞生產經營創新黨建工作載體，搭建活動平臺，組織開展“亮身份、賽業績、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，激發公司各級基層黨支部活力，積極發揮黨建工作在企業發展中的優勢把黨建工作成效轉化為公司發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（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；如果倒錐度過小（小于0.7%/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，結晶器內液渣層過薄（不足10mm）。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，會導致坯殼發生膨脹，容易發生角部縱裂紋漏鋼。當拉速增大時，也較易發生漏鋼現象，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，這會誘發角部表面產生拉伸應變，從而引發裂紋。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.穩定鑄機拉速。通過穩定鋼水節奏，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規定，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、穩定供鋼節奏、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程，杜絕了各個生產部門的違規操作；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%。