矩形坯非連續性脫方問題研究

毛偉龍，馮振亮，李善陽

（日照鋼鐵控股集團有限公司，山東 日照 276800）

0 引言

日照鋼鐵控股集團有限公司（全文簡稱“日鋼”）第一煉鋼廠H 型鋼生產線主要生產小型鋼材。為保證軋制質量，要求矩形坯橫截面對角線之差≤9 mm，該指標超標時，H 型鋼在軋制過程中會出現扭曲等軋廢問題。

近期H 型鋼生產線出現了脫方事故，并且呈非連續性出現，生產過程中采取降速措施降低脫方量。該問題對生產節奏及H 型鋼的生產造成了較大影響，鑄坯非連續性脫方出現呈現非連續性、無規律性，致使脫方原因難以發現，成為限制矩形坯連鑄機產能釋放的一大難題。

1 連鑄機工藝參數

日鋼H 型鋼生產線1 號連鑄機于2003 年8 月投產（三機三流），2006 年改造為五機五流，采用快換式定徑水口控制、浸入式水口保護澆鑄、結晶器液面自動控制、保護渣和事故擺槽等澆注方式，具體的工藝參數如表1 所示。

表1 連鑄機工藝參數

2 脫方機理

脫方是鑄坯常見的缺陷之一。鑄坯脫方成因在于鑄坯坯殼在結晶器內的冷卻不均勻，引起坯殼的線收縮量不同，造成脫方，即脫方的根源在于結晶器。出結晶器后，二冷區冷卻不均勻會使脫方的程度加劇，使冷卻較強的部分形成銳角，冷卻較弱的部分形成鈍角。

對H 型鋼而言，鑄坯脫方量較大，會造成粗軋過程中出現扭曲、軋偏等現象，造成廢品。

3 非連續性脫方成因分析

3.1 非連續性脫方跟蹤數據

對1 號連鑄機2022 年5 月份的鑄坯進行跟蹤，因脫方造成的廢品率為0.98%，而4 月份因脫方判廢發生率為0；同時對鑄坯脫方量跟蹤發現，同一支鑄坯兩頭脫方量差別較大，并且呈非連續性出現。表2是對一流20 支鑄坯前頭和后頭脫方量（對角線之差）的跟蹤數據（拉速不變）。

表2 脫方量對比

跟蹤數據發現：個別鑄坯前頭和后頭的脫方量差別較大；鑄坯脫方量偶爾有超標現象，并且為非連續性出現。

3.2 鋼水成分w（S）對非連續性脫方的影響

鋼水成分是影響鑄坯收縮率、傳熱系數的主要因素之一。鋼水w（C）在0.10%時容易造成脫方[1]，而鋼中硫含量會促進鋼的熱傳遞[2]，從而影響結晶器內坯殼的線收縮量，最終造成脫方。實踐證明，鋼中w（S）大于0.030%時，鑄坯脫方量（斷面對角線之差）明顯增加，如圖1 所示。

圖1 脫方量與鋼中S 含量的關系

日鋼第一煉鋼廠實現了高效連鑄的生產模式，節奏快是主要的特色之一。第一煉鋼廠1 號連鑄機采用非精煉流程，由于受生產節奏的影響，不能保證每爐吹氬處理達到工藝要求，這導致鋼水成分不均勻。當鋼中w（S）大于0.030%時，吹氬不到位，導致鋼水中S含量不均勻，在結晶器內形成坯殼后，由于各面的w（S）不同，導致熱傳遞出現偏差，即鑄坯四個面冷卻不均勻，坯殼的線收縮量出現偏差，導致脫方。由于鋼中成分w（S）的不均勻性，脫方的出現呈非連續性。

3.3 結晶器水管道結垢對非連續性脫方的影響

日鋼1 號連鑄機自2003 年投產以來，以高效生產模式組織生產，現作業率約92%，檢修時間偏少，造成管道結垢嚴重，曾發現結晶器水縫中結垢物直徑約為5 mm。

結垢物隨冷卻水進入結晶器水縫中，當結垢物偏大時，結晶器個別部位會出現瞬時堵塞現象，致使結晶器冷卻水出現間歇性沸騰，導致個別部位冷卻偏差，坯殼線收縮量降低，造成脫方。由于結晶器水的堵塞或間歇性沸騰是瞬時的，造成鑄坯脫方的情況也時有時無，呈現出脫方的非連續性。

3.4 偏擺量對非連續性脫方的影響

結晶器是連鑄機的“心臟”，若結晶器內坯殼與銅管間的氣隙大小不一，容易造成冷卻不均，坯殼厚度不同，導致脫方的出現。由于連鑄機作業率高、檢修時間短，振動支撐梁腐蝕嚴重，使結晶器出現間歇性共振現象。結晶器偏擺量出現無規律波動，個別流次最大瞬時偏擺量為0.4 mm，超出了規定的0.2 mm。

由于結晶器的偏擺增大，形成鑄坯坯殼后，坯殼與結晶器銅管間的氣隙不均勻，冷卻不均勻，致使坯殼的線收縮量不同，最終造成脫方。由于偏擺量呈非連續性，造成鑄坯出現非連續性脫方。

4 改進措施及效果

4.1 改進措施

1）針對脫方量（斷面對角線之差）在15 mm 以下的鑄坯，提高熱送率，可減少由于非連續性脫方造成的軋廢，對脫方量超標的20 鋼坯全部熱送跟蹤發現，鑄坯軋廢率為0。

2）為了杜絕硫含量對脫方量的影響，生產過程中一般將w（S）控制在0.030%以下，采取了高硫降速、高硫進精煉脫硫的處理方式，從而減少了鑄坯脫方量，脫方情況統計情況表3 所示。

表3 脫方統計表

3）保證生產節奏，延長爐后處理時間，保證鋼水成分、溫度的均勻性，使坯殼的傳熱一致。

4）為減輕設備老化造成的結垢現象，利用更換結晶器時間，延長對結晶器管道的沖洗時間，盡量沖掉管道內靜止后存留的結垢物，有效地減輕了非連續性脫方問題的出現；定期對結晶器管道進行更換，減少管道結垢的影響。

5）對支撐梁進行找平、加固處理后（大修時對大梁進行更換），共振現象消失，有效控制了非連續性脫方的出現。

6）保證二冷水的冷卻，降低由于二冷不均勻造成的脫方量增大的現象。

4.2 改進效果

通過以上改進措施，自2023 年1 月份大修后，以及對振動梁、管道等進行更換后，現鑄坯脫方判廢率為0。

5 結語

實踐證明，本次矩形坯非連續性脫方事故主要原因是：鋼水成分w（S）偏高且不均勻、結晶器水管道結垢、結晶器共振，這三個因素造成鑄坯在結晶器內的冷卻不均勻，并且呈現非連續性。通過采取相應的控制措施，有效地控制了鑄坯非連續性脫方問題。