方坯连铸机漏钢原因分析及改进措施

唐钢二钢轧厂 李波 轩宗宇 柳洪义

方坯连铸机漏钢原因分析及改进措施

唐钢二钢轧厂 李波 轩宗宇 柳洪义

在连铸生产中，漏钢是危害很大的事故。轻则影响铸坯质量，造成废品，重则影响连铸机作业率，损坏设备，危害操作人员安全。近年来，随着国内连铸工艺技术的进步，尽管连铸漏钢事故得到了有效的抑制，但仍是一种不能完全避免的事故。

要保障生产顺利进行，提高连铸机作业率，就必须减少和控制漏钢次数。2008年，唐钢第二钢轧厂漏钢事故较多，漏钢率达到了0.209%，严重影响了生产的畅行。为此，二钢轧厂成立了攻关组，对漏钢的成因进行分析，认为夹渣漏钢、粘结漏钢和角部裂纹漏钢是主要原因，因此采取了相应措施，从而控制了漏钢事故的发生。

一、铸机参数

唐钢二钢轧厂有2台4机4流，3台6机6流方坯连铸机，实际年产能力400万吨，浇铸的断面有4种：150×150，165×165，165×225，165×280，所生产的钢种主要有建筑用钢、低合金钢、硬线钢、轴承钢、焊接用钢等近100个品种。铸机采用定径水口和塞棒控制两种，浸入式水口加保护渣进行保护浇铸。

二、夹渣漏钢、粘结漏钢和角部裂纹漏钢的特点与原因分析

1.夹渣漏钢。

（1）夹渣漏钢特点。漏钢处坯壳有一定的弧度，不像裂纹漏钢，有撕裂的感觉。而且漏钢后，结晶器内没有残余坯壳。绝大多数夹渣漏钢都是夹渣点刚刚出结晶器便发生漏钢。

（2）夹渣漏钢的原因。

①结晶器振动。结晶器振动是为了实现新生坯壳与结晶器铜管脱离，但当结晶器振动不够平稳，偏摆过大，就会将结晶器内钢液表面的渣子卷入钢水中，部分没能上浮的渣子就会随铸坯一起被拉出结晶器，当渣子靠近坯壳时就会造成传热过低，坯壳偏薄，无法承受钢水静压力，产生漏钢。

②钢水纯净度。钢水纯净度不够、钢水二次氧化，杂质聚集到一定程度，随钢流被卷到结晶器钢水深处，部分没能上浮的渣子就会随铸坯一起被拉出结晶器，当渣子靠近坯壳时就会造成传热过低，坯壳偏薄，无法承受钢水静压力，产生漏钢。

③转炉、大包、中间包等脱落的耐材，不能及时上浮，也会造成夹渣漏钢。

④操作原因。操作不当，造成结晶器液面波动过大，也会产生与结晶器振动不平稳相似的卷渣漏钢。

2.粘结漏钢。

（1）粘结漏钢的特点。粘结漏钢的坯壳上部粘结在结晶器铜壁上，呈现上部坯壳厚、下部坯壳薄的特点。铸坯漏钢部位附近的振痕紊乱，甚至没有振痕，表面麻点较多。

2.开展特色活动。围绕生产经营创新党建工作载体，搭建活动平台，组织开展“亮身份、赛业绩、践承诺、作表率”、“书香宝胜”、“技术沙龙”、“党员阿米巴”、“党牵头，攻难关”、“学典型，赶先进，创效益”、“党建引领，组织共建”等特色品牌活动，进一步完善基层党组织建设，激发公司各级基层党支部活力，积极发挥党建工作在企业发展中的优势把党建工作成效转化为公司发展的活力和竞争实力。

（2）粘结漏钢的原因。

①保护渣的性能。保护渣润滑性能不好是发生粘结漏钢的主要原因，保护渣是根据所浇钢的成分设计的，如果浇铸温度过高（过热度超过40度）或过低（过热度低于10度），保护渣的润滑效果就差，导致坯壳与铜板之间的摩擦增大，就有可能发生粘结。同时，液渣层的厚度也有重要影响，液渣层厚度在10～15mm较理想。

②结晶器振动。结晶器有规律的往复振动，能够实现铸坯的负滑脱，可以防止结晶器铜管与坯壳粘结，获得较好的铸坯表面质量。如果结晶器振动不平稳（振动频率、振幅不合适），初生坯壳所受的摩擦阻力增大，容易造成坯壳与结晶器铜管粘结，导致漏钢。

③结晶器倒锥度。在结晶器传热过程中，铸坯坯壳与结晶器铜管之间的气隙热阻最大，占结晶器传热中总热阻的70%～90%。如果倒锥度过大（大于1.2%/m），将会增加结晶器铜管与坯壳之间的摩擦力，当阻力超过铸坯拉力和钢水静压力时，就会造成漏钢；如果倒锥度过小（小于0.7%/m），则会增大气隙热阻，不利于结晶器传热，坯壳过薄，当铸坯出结晶器下口时，坯壳无法承受钢水的静压力和拉矫机的拉力而产生漏钢。

④钢水过热度。当钢水温度过低（过热度低于10度）时，会造成保护渣融化速度过慢，结晶器内液渣层过薄（不足10mm）。当拉速偏高时，保护渣的融化跟不上铸坯拉速，造成渣膜过薄甚至没有渣膜，增加坯壳与结晶器铜管之间气隙，降低传热效率，造成坯壳偏薄甚至与铜管壁直接粘结，而造成漏钢。

⑤操作原因。主要是由于拉速太高、改变拉速太快造成的。

3.角部裂纹漏钢。

（1）角部裂纹漏钢的特点。漏钢位置主要集中在距离内外弧面角部10～30mm处，长度10～100mm不等。漏钢部位多发生在扇形段位置，距离结晶器下口约100～400mm。漏钢的坯壳断面厚度不均，角部附近坯壳最薄只有5～10mm，而中间最厚处可达到20mm左右。

①钢种影响。浇铸碳含量在0.08%～0.20%的碳钢，从液相冷却到1495℃左右时发生包晶反应（比较明显），铸坯线收缩系数增大，为9.8×10-5/℃（未发生包晶反应的线收缩系数为2×10-5/℃），线收缩率较大坯壳与结晶器壁容易形成气隙。气隙过早形成会导致坯壳的收缩不均匀和坯壳的厚度不均匀，在坯壳的薄弱处容易形成裂纹而导致漏钢。此外，钢中的杂质（主要为S等）对热裂纹敏感性较大，当杂质元素含量增加时，钢水发生裂纹漏钢的倾向增加。经过对漏钢炉次进行分析，普碳钢Mn/S≤15时，发生角部纵裂漏钢可能性明显增加。

②钢水温度和拉速影响。钢水过热度越高，坯壳厚度越薄，由于结晶器中钢水施加静压力，会导致坯壳发生膨胀，容易发生角部纵裂纹漏钢。当拉速增大时，也较易发生漏钢现象，因为随拉速的增加，铸坯在结晶器内停留的时间减少，造成坯壳偏薄，而且造成结晶器不够润滑，从弯月面到坯壳/结晶器壁面，结晶器保护渣流动性较差，严重时会造成裂纹漏钢。

③保护渣质量。当保护渣设计不合理，结晶器铜管与坯壳之间形成的渣膜不均或者过薄，造成传热不均，影响铸坯坯壳的均匀形成，薄坯壳处如果过薄，在出结晶器处如果无法承受拉力及静压力将会造成裂纹漏钢。

④结晶器形状。对于传统结晶器而言，弯月面处的热传递迅速使铸流凝固成固体外壳，随着外壳的收缩，角部脱离结晶器，停止热传递。当坯壳离开结晶器时，坯壳温度变化较大，此时增加拉速可能导致漏钢。如果调节的锥度不合要求，结晶器和坯壳之间会产生气隙，当空气对结晶器中热量传递的阻力达到最大时，它将严重妨碍所需厚度的坯壳形成，最终导致漏钢。

此外，磨损和变形造成的结晶器锥度损耗会导致角部纵裂纹显著增加。结晶器变形一方面可能是因为结晶器铜板厚度较薄，不足以支持铜板的热膨胀引起的；另一方面可能是在引锭杆插入结晶器时，导致结晶器下部损坏而造成结晶器变形。而结晶器锥度过大会增加拉坯阻力，导致结晶器磨损加大，倒锥度加上热缩造成气隙厚度增加，进而加大角部磨损。此现象始终伴随着钢水静压力，这会诱发角部表面产生拉伸应变，从而引发裂纹。这种裂纹会以固定方式大大降低坯壳厚度，可能最终导致漏钢。

⑤操作影响。当铸机中间包水口偏向一侧时，会造成被冲击面坯壳偏薄，当钢水过热度偏高时影响尤其严重，在偏薄坯壳无法承受钢水静压力和拉力时，就会造成裂纹漏钢。保护渣加入不均，也会造成铸坯坯壳形成不均，严重时也会造成裂纹漏钢。

三、控制漏钢的措施及效果

针对上述原因，同时考虑到漏钢对铸机利用率和有效性的影响，我厂主要采取了以下措施：

1.提高转炉高拉碳率。我厂提高了高拉碳率，到2009年4月份全厂终点C≥0.08%的比例达到83%。

2.完善挡渣工艺。转炉挡渣效果不理想，下渣量不稳定，个别炉次回磷严重，影响钢水的纯净度。为此，我厂引进定位挡渣设备，缩小出钢口直径，由原来的ϕ155mm减小到ϕ145mm，到变锥度出钢口。抑制或消除出钢过程下渣量。

3.钢水成分及温度合格率大幅提高，2009年前4个月较2008年温度合格率平均提高了20%。

4.保证钢水的纯净度。我厂延长了各个钢种底吹时间（普通钢种延长1min，精炼钢延长2min），保证了钢水成分均匀性和夹杂物的上浮。

5.标准化操作。我厂制定了各个工序的操作规程，严格要求各个岗位职工严格按标准化进行操作。

6.分铸机分钢种制定了结晶器振动及二冷冷却参数，使其数值更符合我厂生产。

7.稳定铸机拉速。通过稳定钢水节奏，提高钢水质量，连铸硬线钢生产基本实现了拉速微波动，减少了连铸漏钢。

8.稳定中间包液面。我厂通过中间包称量系统，基本实现了中间包液位恒定操作，就在换大包期间，中间包液位波动也控制在200mm以内，保证了中间包液位保持在400mm以上。

9.保证结晶器精度。合格的结晶器是预防铸机发生漏钢的重要手段，为了保证生产中使用合格的结晶器，我厂完善了结晶器使用管理规定。结晶器定期维护、检验，上线的结晶器必须保证其锥度（控制在0.6%/m～1.2%/m）、水缝控制分型号在3.5～5mm（最大偏差不超过0.5mm）、铜管表面质量符合规定的标准。

10.保证铸机精度。铸机每次检修必须进行验收，结晶器振动偏摆必须符合厂发规定，二冷水条偏差不能大于20mm。

11.保护渣质量。对来厂保护渣定期抽查，对其熔点、水含量、成分等严格要求。任何保护渣都有有效期，对过期的保护渣绝对不再使用。保护渣只有在铸造期间才能打开，放在保护渣专用烘烤器上进行干燥。根据钢中按照规定使用合适的保护渣。

在采取上述措施后，我厂2009年以来连铸漏钢大幅降低，漏钢总数同比降低了58.5%。与2008年漏钢情况对比如下（见表1）。

表1 2009年唐钢第二钢轧厂连铸漏钢情况

四、结论

1.夹渣漏钢、粘结漏钢和角部裂纹漏钢是我厂连铸漏钢产生的主要原因。

2.我厂减少连铸漏钢所采取的措施，主要包括以下几方面：一是提高钢水质量。主要是保证钢水成分、合理控制钢水过热度、稳定供钢节奏、提高钢水纯净度等。二是保证原材料质量。对保护渣及其它原材料制定严格的管理办法，定期抽查，制定原材料抽查台帐。防止问题原材料上生产线。三是标准化操作。从转炉——精炼——连铸整个过程制定了严格的标准化操作规程，杜绝了各个生产部门的违规操作；四是保障设备精度。制定了各个设备的检修管理办法，制定严格的设备验收标准，不符合标准的设备（器具）不允许生产。

3.通过改进，2009年以来连铸漏钢大幅降低，漏钢总数同比降低了58.5%。