板坯粘結報警原因與預防措施

張燕平，張玉秀，高 宇

（1.河鋼集團唐山不銹鋼有限責任公司，河北 063105；2.河北省鍍錫基板技術創新中心，河北 063105；3.河鋼集團鋼研總院，河北 050023）

0 引言

隨著高效連鑄技術的發展，結晶器熱負荷顯著增加，漏鋼事故的發生概率大幅提高，不僅影響連鑄機的生產運行效率，而且還會損壞連鑄設備[1]。基于此，唐山不銹鋼公司通過分析粘結漏鋼實測數據，建立了一種識別結晶器粘結的新邏輯判斷模型，改善了原漏鋼預報系統的性能[2]，形成了新的高性能實時有效的結晶器漏鋼預報系統。

為減少粘結的發生幾率，利用新開發的漏鋼報警系統對鑄機近5年來的熱電偶數據進行回放，并自動進行粘結報警記錄。本文對引起板坯粘結報警的因素進行了梳理，確定了其主要影響因素為鋼種、保護渣、過熱度、斷面、澆注狀態等方面，并有針對性的提出預防改進措施。配合新的結晶器漏鋼預報系統和強化崗位標準化操作，實現了減少漏鋼提高連鑄機運行效率的目的。

1 鑄機情況簡介與生產現狀

1.1 鑄機簡介

唐山不銹鋼煉鋼廠板坯連鑄結晶器為長900 mm的組合式直結晶器，所生產板坯的斷面為200 mm×（800～1 600）mm，拉速為0.80～1.80 m/min，結晶器振動形式為液壓振動，振動方式為正弦振動，結晶器液位檢測方式為電磁渦流傳感器。

1.2 生產現狀分析

利用新開發的漏鋼報警系統對2號連鑄機近五年的結晶器熱電偶數據進行回放，并自動進行粘結報警記錄，為確保不漏過粘結報警，漏鋼報警系統的靈敏度調整到最高。將所有的報警記錄進行人工分析，結合報警時的熱電偶曲線、PI曲線和現場記錄確定的所有粘結漏鋼情況，匯總了2號鑄機近五年來粘結漏鋼情況表，如圖1所示。

圖1 2號鑄機近五年的粘結及漏鋼情況

通過統計分析可以看出，近5年來共發生粘結34次，相對來說集中在夏季。主要影響因素有鋼種、保護渣、過熱度、斷面、澆注狀態等。

2 粘結影響因素

2.1 鋼種的影響

（1）低碳鋼：由圖1可以看出，近5年來低碳鋼發生了7次粘結報警，主要集中在2017年以前，之后僅發生一次粘結報警。由于低碳鋼凝固收縮較低，保護渣流入相對困難，潤滑較差，屬于較容易發生粘結的鋼種。因2017年對低碳鋼保護渣進行優化，增強了保護渣的潤滑效果，之后粘結報警發生較少。

（2）包晶鋼：由于包晶鋼在凝固過程中的線收縮很大，使得液態保護渣有充足的空間流入，保證了凝固坯殼與結晶器之間的良好潤滑，因此相對不易發生粘結。近5年來包晶鋼發生了5次粘結報警，澆注過程中均發現±15 mm的周期性液面波動。由此可見，包晶鋼雖然保護渣流入充分，但是嚴重的液面周期波動會造成保護渣填充不均勻及凝固坯殼周期性減薄，可能是包晶鋼發生粘結的主要原因。

（3）中碳鋼：近5年來中碳鋼發生了22次粘結報警，占總體65%，是結晶器粘結發生的主要問題所在。檢查現場發現，中碳鋼澆注過程中結晶器邊部液渣層厚度明顯較薄，主要是由于結晶器邊部鋼液溫度低而導致渣熔化速度變慢所致。當液渣的不均勻性達到一定程度時，便會因影響液渣的流入而發生粘結，因此需要對保護渣進行優化研究。

2.2 過熱度的影響

澆注溫度過高則會導致所凝固的坯殼變薄，鑄坯與銅板之間的摩擦力會在保護渣及鋼水兩者的靜壓力作用下增大，從而發生坯殼粘結[3]。合理的過熱度，不但有利于結晶器銅板的傳熱，而且也有助于凝固坯殼的生長。

分析發現，正常澆鑄時過熱度區間為15～25℃。發生的34次粘結報警中，其中低于該溫度區間的3次，高于該溫度區間的23次，過熱度不合適時發生的粘結共占比76.5%。

2.3 斷面尺寸的影響

近5年的粘結報警按照斷面分：≤1 000 mm為1次，1 000～1 300 mm為32次，≥1 300 mm為1次。表1為2號機產品情況與粘結情況對比。由表1可以看出，1 000～1 300 mm斷面粘結幾率明顯增大。

表1 2號機產品情況與粘結情況對比

2.4 非穩態澆注的影響

在34次報警中，非穩定澆鑄狀態共發生粘結報警23次，占比67.6%。其中，換中包時報警13次，拉速調整時4次，大包交接時3次，液面波動大時2次（不含操作造成的液面波動），過熱度低時1次。主要是由于非穩定的澆鑄狀態破壞了渣膜的均勻流入，使粘結發生的幾率顯著增大。

3 預防措施實施

3.1 保護渣性能優化

連鑄保護渣性能的好壞對保證連鑄工藝的順行和提高鑄坯質量起著極其重要的作用，被視為連鑄關鍵技術之一[4]。實際生產中，要根據鋼種來選擇合適的保護渣，并且要預防渣圈過大、保護渣結塊等不良現象的出現；要定期測算渣耗，提高保護渣吸收夾雜后的穩定性[5]。

為改善保護渣的傳熱和潤滑效果，減少板坯粘結，特對包晶鋼和中碳鋼保護渣進行優化。尤其是對易發生包晶反應的裂紋敏感性鋼種，在原保護渣的基礎上適當降低保護渣的粘度、提高保護渣的堿度并適量增加渣中MnO含量，優化后的保護渣渣耗明顯升高，潤滑效果得到改善，幾乎無渣條、無結塊現象，能夠滿足生產使用要求。由圖2可以看出，優化后的保護渣摩擦力顯著降低，這主要得益于保護渣耗量增加和粘度降低，使得結晶器液位控制更穩定，未再發生過結晶器液面周期性波動。

圖2 包晶鋼優化前后摩擦力變化

3.2 液面波動控制

包晶鋼生產過程中，結晶器液面經常呈現出固定周期和波長的劇烈波動，而結晶器液面劇烈波動會使彎月面越過渣圈，造成液渣流入通道堵塞[6，7]，由于液渣不能順利流入結晶器與鑄坯坯殼之間，降低了保護渣的潤滑作用，嚴重時出現坯殼與結晶器粘結，從而發生漏鋼事故。

為降低包晶鋼的結晶器液面周期性波動，澆注包晶鋼時要全程使用結晶器液位塞棒自動控制裝置，使結晶器液位控制更加穩定，控制范圍在±3 mm以內。若是鋼水流動性不好，出現結晶器液位波動較大時，可以采取降低拉速，塞棒采用手動控制的方法來實現結晶器液面的穩定。因此，生產過程中要保證窄范圍的澆鑄溫度控制，實現拉速穩定控制。如需要提升或降低拉速，操作要勻速，每次調速后要穩定停留一定時間后再調速。

3.3 精準過熱度控制

較低的過熱度會使保護渣得不到充足的熱量熔化；較高的過熱度會使初生坯殼薄弱，坯殼在鋼水靜壓力下易貼近結晶器銅板，造成粘結。因此合適的過熱度可有效減少粘結的發生。

為保證合適的鋼水過熱度，需對煉鋼全流程進行溫度控制。精煉處理完的鋼水要保證溫度的穩定性，避免澆注過程中溫度起伏過大，要提高中包溫度的穩定控制。主要措施如下：

（1）優化轉爐造渣，減少停吹后攪拌時間，控制好轉爐吹煉結束至出鋼過程溫降；

（2）優化RH合金化工藝，縮短RH真空處理時間，提升RH氣體流量，縮短循環周期，提高全流程的熱周轉效率；

（3）鋼包、中間包等試驗新型保溫材料，提高盛鋼保溫效果；

（4）提高并穩定連鑄拉速，減少過程溫度損失。

經過優化控制后，中包鋼水過熱溫度在15～25℃的合格率達到99%以上水平，有效提高了中包溫度的穩定性，減少了因溫度異常造成的粘結漏鋼。

3.4 冷卻控制

從機理分析，結晶器內窄面，尤其是角部二維傳熱，使角部冷卻強度相對較大。對于較寬斷面鑄坯來說，窄面收縮后傳向鑄坯寬面中心的力矩更大，相對薄弱的寬面中心坯殼在該力矩和鋼水靜壓力的作用下更加貼向于結晶器銅板，使保護渣流入不充分，導致粘結傾向增大。因此，為提高鋼液的凝固均勻性，對結晶器冷卻水水量進行優化，適當降低結晶器冷卻水量，實現結晶器弱冷冷卻模式。

3.5 非穩定澆鑄狀態漏鋼報警系統的使用

在非穩定澆鑄狀態下，結晶器熱電偶溫度波動較大，相對誤報粘結幾率較高，但是同樣發生粘結的可能性也急劇升高。因此，在換水口等操作過程中不應解除漏鋼報警系統，對于非穩態頻繁誤報警，要從漏鋼報警系統本身的辨識能力上進行優化。為此，唐山不銹鋼公司開發了一種識別粘結的新邏輯判斷模型，改善了漏鋼預報模型的性能，保證不漏報。另外以神經元網絡、支持向量機等人工智能算法為基礎開發的機器學習漏鋼預報系統，依賴于大量準確的歷史數據，使漏鋼預報準確性逐漸提升。

同時，對非穩態澆注條件下的過熱度、拉速、保護渣等易造成粘結漏鋼的影響因素進行關注；要重點關注保護渣的均勻添加、粗大渣條的剔除、液渣層厚度等影響潤滑效果的因素；關注鋼水氧化情況，防止保護渣變性。操作上要防止過快的拉速變化，確保保護渣供給的連續和均勻性，減少粘結漏鋼事故發生。

4 結語

唐山不銹鋼公司通過對影響粘結漏鋼因素進行的優化和改善，配合新開發的高性能實時有效的結晶器漏鋼預報系統，外加崗位標準化操作水平的提升，2020年公司未再發生粘結漏鋼事故，保證了連鑄機的穩定高效運行，取得了顯著的成效和寶貴的經驗。

（1）通過優化轉爐造渣，減少停吹后攪拌時間，縮短RH真空處理時間，采用新型保溫材料等措施，中包鋼水過熱溫度在15～25℃的合格率達到99%以上，有效提高了中包溫度的穩定性，減少了因溫度異常造成的粘結漏鋼。

（2）生產過程中全程使用結晶器液位塞棒自動控制系統，將波動控制在±3 mm以內，并盡可能穩定拉速，有利于減少粘結漏鋼發生幾率。

（3）開發了一種識別粘結的新邏輯判斷模型，改善了漏鋼預報系統的性能，保證了漏鋼預報系統的運行穩定性；另外應用以神經元網絡、支持向量機等人工智能算法為基礎開發的機器學習漏鋼預報系統，通過對大量準確的歷史數據的學習，使漏鋼預報系統的準確性逐漸提升。