唐鋼二鋼軋廠 李波 軒宗宇 柳洪義

方坯連鑄機(jī)漏鋼原因分析及改進(jìn)措施

唐鋼二鋼軋廠 李波 軒宗宇 柳洪義

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(jī)作業(yè)率，損壞設(shè)備，危害操作人員安全。近年來，隨著國內(nèi)連鑄工藝技術(shù)的進(jìn)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(chǎn)順利進(jìn)行，提高連鑄機(jī)作業(yè)率，就必須減少和控制漏鋼次數(shù)。2008年，唐鋼第二鋼軋廠漏鋼事故較多，漏鋼率達(dá)到了0.209%，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的暢行。為此，二鋼軋廠成立了攻關(guān)組，對(duì)漏鋼的成因進(jìn)行分析，認(rèn)為夾渣漏鋼、粘結(jié)漏鋼和角部裂紋漏鋼是主要原因，因此采取了相應(yīng)措施，從而控制了漏鋼事故的發(fā)生。

一、鑄機(jī)參數(shù)

唐鋼二鋼軋廠有2臺(tái)4機(jī)4流，3臺(tái)6機(jī)6流方坯連鑄機(jī)，實(shí)際年產(chǎn)能力400萬噸，澆鑄的斷面有4種：150×150，165×165，165×225，165×280，所生產(chǎn)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(gè)品種。鑄機(jī)采用定徑水口和塞棒控制兩種，浸入式水口加保護(hù)渣進(jìn)行保護(hù)澆鑄。

二、夾渣漏鋼、粘結(jié)漏鋼和角部裂紋漏鋼的特點(diǎn)與原因分析

1.夾渣漏鋼。

（1）夾渣漏鋼特點(diǎn)。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(jié)晶器內(nèi)沒有殘余坯殼。絕大多數(shù)夾渣漏鋼都是夾渣點(diǎn)剛剛出結(jié)晶器便發(fā)生漏鋼。

（2）夾渣漏鋼的原因。

①結(jié)晶器振動(dòng)。結(jié)晶器振動(dòng)是為了實(shí)現(xiàn)新生坯殼與結(jié)晶器銅管脫離，但當(dāng)結(jié)晶器振動(dòng)不夠平穩(wěn)，偏擺過大，就會(huì)將結(jié)晶器內(nèi)鋼液表面的渣子卷入鋼水中，部分沒能上浮的渣子就會(huì)隨鑄坯一起被拉出結(jié)晶器，當(dāng)渣子靠近坯殼時(shí)就會(huì)造成傳熱過低，坯殼偏薄，無法承受鋼水靜壓力，產(chǎn)生漏鋼。

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

③轉(zhuǎn)爐、大包、中間包等脫落的耐材，不能及時(shí)上浮，也會(huì)造成夾渣漏鋼。

④操作原因。操作不當(dāng)，造成結(jié)晶器液面波動(dòng)過大，也會(huì)產(chǎn)生與結(jié)晶器振動(dòng)不平穩(wěn)相似的卷渣漏鋼。

2.粘結(jié)漏鋼。

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

2.開展特色活動(dòng)。圍繞生產(chǎn)經(jīng)營創(chuàng)新黨建工作載體，搭建活動(dòng)平臺(tái)，組織開展“亮身份、賽業(yè)績、踐承諾、作表率”、“書香寶勝”、“技術(shù)沙龍”、“黨員阿米巴”、“黨牽頭，攻難關(guān)”、“學(xué)典型，趕先進(jìn)，創(chuàng)效益”、“黨建引領(lǐng)，組織共建”等特色品牌活動(dòng)，進(jìn)一步完善基層黨組織建設(shè)，激發(fā)公司各級(jí)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(shì)把黨建工作成效轉(zhuǎn)化為公司發(fā)展的活力和競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。

（2）粘結(jié)漏鋼的原因。

①保護(hù)渣的性能。保護(hù)渣潤滑性能不好是發(fā)生粘結(jié)漏鋼的主要原因，保護(hù)渣是根據(jù)所澆鋼的成分設(shè)計(jì)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(hù)渣的潤滑效果就差，導(dǎo)致坯殼與銅板之間的摩擦增大，就有可能發(fā)生粘結(jié)。同時(shí)，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(jié)晶器振動(dòng)。結(jié)晶器有規(guī)律的往復(fù)振動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)鑄坯的負(fù)滑脫，可以防止結(jié)晶器銅管與坯殼粘結(jié)，獲得較好的鑄坯表面質(zhì)量。如果結(jié)晶器振動(dòng)不平穩(wěn)（振動(dòng)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(jié)晶器銅管粘結(jié)，導(dǎo)致漏鋼。

③結(jié)晶器倒錐度。在結(jié)晶器傳熱過程中，鑄坯坯殼與結(jié)晶器銅管之間的氣隙熱阻最大，占結(jié)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(huì)增加結(jié)晶器銅管與坯殼之間的摩擦力，當(dāng)阻力超過鑄坯拉力和鋼水靜壓力時(shí)，就會(huì)造成漏鋼；如果倒錐度過?。ㄐ∮?.7%/m），則會(huì)增大氣隙熱阻，不利于結(jié)晶器傳熱，坯殼過薄，當(dāng)鑄坯出結(jié)晶器下口時(shí)，坯殼無法承受鋼水的靜壓力和拉矯機(jī)的拉力而產(chǎn)生漏鋼。

④鋼水過熱度。當(dāng)鋼水溫度過低（過熱度低于10度）時(shí)，會(huì)造成保護(hù)渣融化速度過慢，結(jié)晶器內(nèi)液渣層過薄（不足10mm）。當(dāng)拉速偏高時(shí)，保護(hù)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(jié)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(jié)，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(diǎn)。漏鋼位置主要集中在距離內(nèi)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(jié)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(dá)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(shí)發(fā)生包晶反應(yīng)（比較明顯），鑄坯線收縮系數(shù)增大，為9.8×10-5/℃（未發(fā)生包晶反應(yīng)的線收縮系數(shù)為2×10-5/℃），線收縮率較大坯殼與結(jié)晶器壁容易形成氣隙。氣隙過早形成會(huì)導(dǎo)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(dǎo)致漏鋼。此外，鋼中的雜質(zhì)（主要為S等）對(duì)熱裂紋敏感性較大，當(dāng)雜質(zhì)元素含量增加時(shí)，鋼水發(fā)生裂紋漏鋼的傾向增加。經(jīng)過對(duì)漏鋼爐次進(jìn)行分析，普碳鋼Mn/S≤15時(shí)，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(jié)晶器中鋼水施加靜壓力，會(huì)導(dǎo)致坯殼發(fā)生膨脹，容易發(fā)生角部縱裂紋漏鋼。當(dāng)拉速增大時(shí)，也較易發(fā)生漏鋼現(xiàn)象，因?yàn)殡S拉速的增加，鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)停留的時(shí)間減少，造成坯殼偏薄，而且造成結(jié)晶器不夠潤滑，從彎月面到坯殼/結(jié)晶器壁面，結(jié)晶器保護(hù)渣流動(dòng)性較差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成裂紋漏鋼。

③保護(hù)渣質(zhì)量。當(dāng)保護(hù)渣設(shè)計(jì)不合理，結(jié)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(jié)晶器處如果無法承受拉力及靜壓力將會(huì)造成裂紋漏鋼。

④結(jié)晶器形狀。對(duì)于傳統(tǒng)結(jié)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(jié)晶器，停止熱傳遞。當(dāng)坯殼離開結(jié)晶器時(shí)，坯殼溫度變化較大，此時(shí)增加拉速可能導(dǎo)致漏鋼。如果調(diào)節(jié)的錐度不合要求，結(jié)晶器和坯殼之間會(huì)產(chǎn)生氣隙，當(dāng)空氣對(duì)結(jié)晶器中熱量傳遞的阻力達(dá)到最大時(shí)，它將嚴(yán)重妨礙所需厚度的坯殼形成，最終導(dǎo)致漏鋼。

此外，磨損和變形造成的結(jié)晶器錐度損耗會(huì)導(dǎo)致角部縱裂紋顯著增加。結(jié)晶器變形一方面可能是因?yàn)榻Y(jié)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(jié)晶器時(shí)，導(dǎo)致結(jié)晶器下部損壞而造成結(jié)晶器變形。而結(jié)晶器錐度過大會(huì)增加拉坯阻力，導(dǎo)致結(jié)晶器磨損加大，倒錐度加上熱縮造成氣隙厚度增加，進(jìn)而加大角部磨損。此現(xiàn)象始終伴隨著鋼水靜壓力，這會(huì)誘發(fā)角部表面產(chǎn)生拉伸應(yīng)變，從而引發(fā)裂紋。這種裂紋會(huì)以固定方式大大降低坯殼厚度，可能最終導(dǎo)致漏鋼。

⑤操作影響。當(dāng)鑄機(jī)中間包水口偏向一側(cè)時(shí)，會(huì)造成被沖擊面坯殼偏薄，當(dāng)鋼水過熱度偏高時(shí)影響尤其嚴(yán)重，在偏薄坯殼無法承受鋼水靜壓力和拉力時(shí)，就會(huì)造成裂紋漏鋼。保護(hù)渣加入不均，也會(huì)造成鑄坯坯殼形成不均，嚴(yán)重時(shí)也會(huì)造成裂紋漏鋼。

三、控制漏鋼的措施及效果

針對(duì)上述原因，同時(shí)考慮到漏鋼對(duì)鑄機(jī)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(zhuǎn)爐高拉碳率。我廠提高了高拉碳率，到2009年4月份全廠終點(diǎn)C≥0.08%的比例達(dá)到83%。

2.完善擋渣工藝。轉(zhuǎn)爐擋渣效果不理想，下渣量不穩(wěn)定，個(gè)別爐次回磷嚴(yán)重，影響鋼水的純凈度。為此，我廠引進(jìn)定位擋渣設(shè)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(gè)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(gè)鋼種底吹時(shí)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(biāo)準(zhǔn)化操作。我廠制定了各個(gè)工序的操作規(guī)程，嚴(yán)格要求各個(gè)崗位職工嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行操作。

6.分鑄機(jī)分鋼種制定了結(jié)晶器振動(dòng)及二冷冷卻參數(shù)，使其數(shù)值更符合我廠生產(chǎn)。

7.穩(wěn)定鑄機(jī)拉速。通過穩(wěn)定鋼水節(jié)奏，提高鋼水質(zhì)量，連鑄硬線鋼生產(chǎn)基本實(shí)現(xiàn)了拉速微波動(dòng)，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(tǒng)，基本實(shí)現(xiàn)了中間包液位恒定操作，就在換大包期間，中間包液位波動(dòng)也控制在200mm以內(nèi)，保證了中間包液位保持在400mm以上。

9.保證結(jié)晶器精度。合格的結(jié)晶器是預(yù)防鑄機(jī)發(fā)生漏鋼的重要手段，為了保證生產(chǎn)中使用合格的結(jié)晶器，我廠完善了結(jié)晶器使用管理規(guī)定。結(jié)晶器定期維護(hù)、檢驗(yàn)，上線的結(jié)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(hào)在3.5～5mm（最大偏差不超過0.5mm）、銅管表面質(zhì)量符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

10.保證鑄機(jī)精度。鑄機(jī)每次檢修必須進(jìn)行驗(yàn)收，結(jié)晶器振動(dòng)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(hù)渣質(zhì)量。對(duì)來廠保護(hù)渣定期抽查，對(duì)其熔點(diǎn)、水含量、成分等嚴(yán)格要求。任何保護(hù)渣都有有效期，對(duì)過期的保護(hù)渣絕對(duì)不再使用。保護(hù)渣只有在鑄造期間才能打開，放在保護(hù)渣專用烘烤器上進(jìn)行干燥。根據(jù)鋼中按照規(guī)定使用合適的保護(hù)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(shù)同比降低了58.5%。與2008年漏鋼情況對(duì)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(jié)論

1.夾渣漏鋼、粘結(jié)漏鋼和角部裂紋漏鋼是我廠連鑄漏鋼產(chǎn)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(zhì)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(zhì)量。對(duì)保護(hù)渣及其它原材料制定嚴(yán)格的管理辦法，定期抽查，制定原材料抽查臺(tái)帳。防止問題原材料上生產(chǎn)線。三是標(biāo)準(zhǔn)化操作。從轉(zhuǎn)爐——精煉——連鑄整個(gè)過程制定了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化操作規(guī)程，杜絕了各個(gè)生產(chǎn)部門的違規(guī)操作；四是保障設(shè)備精度。制定了各個(gè)設(shè)備的檢修管理辦法，制定嚴(yán)格的設(shè)備驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，不符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備（器具）不允許生產(chǎn)。

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