王建新，李世晨，師小強(qiáng)

（1、新疆八一鋼鐵股份有限公司；2、新疆八鋼南疆鋼鐵拜城有限公司）

連鑄坯脫方，也叫菱變，當(dāng)方坯橫截面上兩個(gè)對(duì)角線長(zhǎng)度不相等時(shí)稱(chēng)為脫方。脫方嚴(yán)重時(shí)會(huì)使鑄坯進(jìn)加熱爐時(shí)，推鋼、軋制咬入孔型困難，易扭轉(zhuǎn)出現(xiàn)折疊缺陷。八鋼南疆公司煉鋼廠自2013年4月投產(chǎn)以來(lái)，產(chǎn)量不斷提高，連鑄坯缺陷逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，尤其是脫方缺陷，一直困擾著南疆煉鋼生產(chǎn)。為此，煉鋼廠成立攻關(guān)組，對(duì)連鑄坯脫方進(jìn)行全面分析，尋找解決措施。

1 連鑄機(jī)裝備工藝條件

南疆公司煉鋼廠主要冶煉工藝設(shè)備：2套鐵水脫硫裝置、2×120t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐、2座在線吹氬喂絲站、1座雙工位LF精煉爐和2臺(tái)8機(jī)8流方坯連鑄機(jī)，具備年產(chǎn)300萬(wàn)噸鋼生產(chǎn)能力。

8機(jī)8流方坯連鑄機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

2 原因分析

2013年4月到2014年1月產(chǎn)鋼664874噸，脫方廢品為4596噸，比例為0.69%，脫方鋼種為HRB400，嚴(yán)重影響鑄坯合格率。

經(jīng)過(guò)分析，影響鑄坯脫方的因素有鋼種、溫度、拉速、銅管尺寸及結(jié)晶器裝配質(zhì)量、二冷對(duì)弧、水口對(duì)中等，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)狀況進(jìn)行分析。

表1 連鑄機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2.1 鋼水溫度的影響

據(jù)統(tǒng)計(jì)，煉鋼廠澆鑄HRB400鋼水過(guò)熱度大于50℃的比例為28.7%，高溫鋼水對(duì)脫方有一定影響。澆鑄溫度過(guò)高會(huì)使鑄坯凝固坯殼減薄，強(qiáng)度下降，在不均勻力的作用下更易產(chǎn)生變形，引起鑄坯脫方。

2.2 拉速的影響

拉速越大，坯殼平均厚度減薄，導(dǎo)致坯殼的強(qiáng)度和剛度較低，初生坯殼產(chǎn)生扭曲變形。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，拉速2.4m/min時(shí)，連鑄坯開(kāi)始出現(xiàn)脫方；2.6m/min以上脫方廢品零星出現(xiàn)；2.8m/min以上脫方廢品大量出現(xiàn)。另外，在正常澆鑄過(guò)程中拉速調(diào)節(jié)過(guò)于頻繁，每爐鋼水在中間包的溫差在10℃內(nèi)的占81.2%，但是溫差10℃內(nèi)拉速的波動(dòng)在0.8m/min。

2.3 中包水口的影響

水口偏斜造成鑄流不均勻沖刷坯殼，鑄坯坯殼厚度不均勻。連鑄經(jīng)常出現(xiàn)浸入式水口偏斜現(xiàn)象，主要原因是中間包在澆鑄位行走速度過(guò)快，并且操作按鈕有3秒的安全確認(rèn)時(shí)間，操作起來(lái)不方便，中間包下水口與結(jié)晶器對(duì)中困難，造成水口偏斜。

2.4 二次冷卻的影響

二冷噴淋管管壁較薄僅2.5mm，在高溫下易發(fā)生變形；連鑄機(jī)二區(qū)噴淋管連桿缺失較多，使得噴淋管易發(fā)生偏斜。二冷水質(zhì)的情況不穩(wěn)定，二冷水中鐵銹、泥土較多導(dǎo)致噴淋管?chē)娮於氯B鑄坯冷卻不均勻，加劇了鑄坯在二冷段的脫方。

2.5 對(duì)弧精度不高

連鑄坯運(yùn)行過(guò)程中支承輥磨損，使結(jié)晶器、支撐輥和拉矯機(jī)不在弧線上,停機(jī)測(cè)試時(shí)支撐輥與引錠桿之間一般有1-5mm間隙，個(gè)別達(dá)到10mm，其結(jié)果導(dǎo)致連鑄坯冷卻不均勻。

2.6 結(jié)晶器裝配對(duì)脫方的影響

由于無(wú)檢驗(yàn)結(jié)晶器水縫的工具，結(jié)晶器裝配時(shí)，結(jié)晶器水縫調(diào)節(jié)困難，結(jié)晶器水縫的不均勻會(huì)導(dǎo)致結(jié)晶器銅管冷卻不均勻，從而造成鑄坯脫方。

2.7 結(jié)晶器使用及管理的影響

結(jié)晶器編號(hào)填寫(xiě)出現(xiàn)錯(cuò)誤，使用班次不清楚，傳遞卡填寫(xiě)不全，導(dǎo)致結(jié)晶器通鋼量無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算，通鋼量過(guò)大，達(dá)到報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)仍在使用。這些情況都會(huì)影響連鑄坯的正常生產(chǎn)。

3 采取的措施及效果

3.1 措施

（1）根據(jù)生產(chǎn)狀況，連鑄值班長(zhǎng)與鋼水調(diào)度多溝通，合理控制生產(chǎn)節(jié)奏，穩(wěn)定拉坯速度，控制鋼水溫差在10℃之內(nèi)，拉速的波動(dòng)在0.4m/min以內(nèi)。

（2）將澆鑄位中包車(chē)行走速度調(diào)慢，并取消慢行點(diǎn)的3秒預(yù)警時(shí)間，使對(duì)中操作比較容易。

（3）制定噴嘴更換標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)噴嘴進(jìn)行更換；停機(jī)檢查二冷噴淋管，有問(wèn)題的要及時(shí)修整或更換；恢復(fù)二區(qū)噴淋管連桿；二冷噴淋管管壁厚度由2.5mm增加到4mm。

（4）定期取水樣進(jìn)行化驗(yàn)，保證二冷水質(zhì)滿足工藝規(guī)定；定期維護(hù)二冷配水閥門(mén)，保證按工藝要求供水。

（5）制定出合理的對(duì)弧計(jì)劃，每周對(duì)弧2次，及時(shí)調(diào)整各個(gè)支撐輥，使其在同一弧度上。

（6）制作檢驗(yàn)結(jié)晶器水縫的專(zhuān)用工具——插條，結(jié)晶器裝配時(shí)，使用插條，保證結(jié)晶器水縫均勻。

（7）完善結(jié)晶器的維修標(biāo)準(zhǔn)與使用標(biāo)準(zhǔn)。建立結(jié)晶器的檔案制度，要求各生產(chǎn)班對(duì)結(jié)晶器更換認(rèn)真填寫(xiě)記錄，及時(shí)更換已經(jīng)磨損嚴(yán)重的結(jié)晶器，確保鋼水在結(jié)晶器內(nèi)均勻冷卻；連鑄專(zhuān)工每天對(duì)結(jié)晶器維修人員進(jìn)行監(jiān)督與指導(dǎo)。

3.2 第一階段效果

通過(guò)對(duì)生產(chǎn)組織、設(shè)備管理及工藝制度的調(diào)整，連鑄機(jī)的坯脫方有所減少，2014年2月產(chǎn)鋼120110t，脫方廢品440噸，比例降到0.37%。

4 第二階段分析

雖然脫方有所緩解，但還是沒(méi)有根本解決，尤其拉速2.6m/min以上，鑄鑄坯脫方不受控制。因此，還需進(jìn)一步分析。

4.1 結(jié)晶器銅管內(nèi)壁磨損狀況分析

對(duì)產(chǎn)生脫方的結(jié)晶器進(jìn)行了跟蹤分析，不僅統(tǒng)計(jì)脫方與中包鋼水溫度、拉速等生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)的關(guān)系，重點(diǎn)統(tǒng)計(jì)了結(jié)晶器使用情況，如通鋼量，對(duì)脫方的結(jié)晶器下線拆除，查看銅管內(nèi)壁磨損情況，見(jiàn)表2。

表2 連鑄坯脫方統(tǒng)計(jì)表

從脫方的結(jié)晶器拆下銅管觀察，發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象：一種是銅管內(nèi)弧管壁、角部有磨損，兩側(cè)弧面與外弧面基本無(wú)磨損，見(jiàn)圖1；另一種是銅管下口角部磨損嚴(yán)重，四個(gè)面部無(wú)磨損，見(jiàn)圖2、圖3、圖4。

圖1 通鋼量4196t的銅管

圖2 通鋼量為1911t的銅管

圖3 通鋼量為1595t的銅管

圖4 通鋼量為925t的銅管

正常的結(jié)晶器銅管下口四面的鍍鉻層磨損程度基本一致，見(jiàn)圖5～圖8，這是八鋼第一煉鋼廠40t連鑄（4機(jī)4流8m弧連鑄機(jī)）結(jié)晶器銅管磨損情況，銅管下口四面和角部的鍍鉻層均有磨損；而上述脫方的結(jié)晶器銅管只磨損角部（四面的鍍鉻層沒(méi)有磨損）或內(nèi)弧管壁或角部磨損較大。

4.2 分析

從以上現(xiàn)象可以看出，連鑄坯脫方在結(jié)晶器內(nèi)就已經(jīng)形成，連鑄坯在結(jié)晶器冷卻是不均勻的。

連鑄坯角部本身是二維傳熱，冷卻速度最快，連鑄拉速低時(shí)，連鑄坯在結(jié)晶器通過(guò)時(shí)間較長(zhǎng)，連鑄坯出銅管下口過(guò)程中，連鑄坯四面與銅管四面能接觸；拉速提高后，連鑄坯較快地離開(kāi)銅管，在冷卻強(qiáng)度大的角部或兩個(gè)面之間形成銳角，在冷卻強(qiáng)度小的角部或兩個(gè)面之間形成鈍角，銳角附近坯殼較厚，鈍角附近坯殼較薄，連鑄坯變成菱形，出銅管下口過(guò)程中，銳角接觸銅管角部，鈍角及其它面不接觸銅管內(nèi)壁，見(jiàn)圖9；由于鈍角及其它面不接觸銅管內(nèi)壁，坯殼變薄，在鋼水靜壓力作用下又貼近內(nèi)壁，變成銳角，原來(lái)銳角也逐漸變成鈍角，脫方具有方向性。所以連鑄坯在結(jié)晶器銅管內(nèi)就已發(fā)生菱變，只磨損銅管角部，銅管四面的鍍鉻層沒(méi)有磨損（或只磨損內(nèi)弧面）。

圖5 通鋼量2080t

圖6 通鋼量2200t

圖7 通鋼量2510t

圖8 通鋼量5020t

生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn):同一澆鑄條件下，澆鑄HPB300等普碳鋼時(shí)鑄坯外形尺寸良好，改換HRB400等低合金鋼時(shí)往往就發(fā)生脫方，且調(diào)整困難。同樣的結(jié)晶器，同樣的二冷狀況，僅僅換了鋼種，脫方現(xiàn)象就會(huì)出現(xiàn)。

這主要是因?yàn)殇撘褐兴辖鹪貙?duì)鋼液凝固后的線收縮率有很大的影響，資料表明：鋼液中合金元素，尤其是錳、硅含量越高，鋼液凝固后的線收縮率就越大[1]，HRB400鋼和HPB300鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表3。

圖9 連鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)形成脫方示意圖

表2 HRB400鋼和HPB300鋼的化學(xué)成分

目前使用的結(jié)晶器銅管錐度趨勢(shì)與普碳鋼的收縮規(guī)律相近，與低合金鋼有一定差距，因而在結(jié)晶器內(nèi)，低合金鋼（HRB400鋼）鑄坯坯殼離開(kāi)結(jié)晶器壁的時(shí)間比普碳鋼坯殼要早，更易產(chǎn)生氣隙、導(dǎo)致傳熱不均。南疆公司煉鋼廠連鑄結(jié)晶器銅管倒錐度對(duì)HPB300等普碳鋼來(lái)說(shuō)合適，對(duì)冶煉HRB400等低合金鋼來(lái)說(shuō)太小。

5 第二階段措施及效果

將結(jié)晶器銅管倒錐度增大16%，進(jìn)行少量（15支）試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)20多天試驗(yàn)，效果較明顯。拉速3.2m/min時(shí)，連鑄坯未出現(xiàn)脫方。按照新的結(jié)晶器銅管倒錐度批量生產(chǎn)。2014年3～4月，鑄坯脫方廢品量大幅減低，產(chǎn)量173322t，脫方廢品114t，廢品比例率為0.07%。

6 結(jié)論

南疆公司煉鋼廠連鑄機(jī)鑄坯脫方的原因：（1）結(jié)晶器銅管錐度太小，在結(jié)晶器內(nèi)易產(chǎn)生氣隙、傳熱不均，導(dǎo)致坯殼厚度不均勻，產(chǎn)生脫方。（2）二冷噴淋管容易變形、歪斜，噴嘴堵塞，造成二次冷卻不均勻。（3）浸入式水口偏斜，造成鑄流不均勻沖刷坯殼，鑄坯坯殼厚度不均勻。（4）結(jié)晶器使用、管理比較混亂。（5）結(jié)晶器裝配不規(guī)范。

采取相應(yīng)措施后，取得明顯效果，脫方廢品率由原來(lái)的0.69%逐漸減低到0.07%，保證了煉鋼的正常生產(chǎn)。

[1]陳家祥.煉鋼常用圖表數(shù)據(jù)手冊(cè).北京：冶金工業(yè)出版社.1984.