韶钢连铸方坯脱方缺陷的成因及其改善研究

付谦惠　郭峻宇

【摘 要】韶钢8号方坯连铸机自顺利投产以来，现场生产一直受脱方困扰，供轧钢厂连铸方坯脱方超标率最高达到1.74%。分析表明，浇铸过程中结晶器冷却的不均匀是连铸方坯产生脱方缺陷的直接原因。通过分析并调整转炉冶炼和中间包冶金工艺、结晶器参数、浇注温度、二冷配水、铸坯拉速等，强化铸坯对弧和喷水的精确度，使韶钢铸坯脱方率小于0.01%，整体铸坯合格率达到99.99%以上。

【关键词】连铸坯；结晶器；脱方；缺陷

0 绪论

8号连铸机自顺利2011年4月投产以来，现场生产一直受脱方困扰，当年供高线厂连铸方坯脱方超标率最高达到 1.74%。2012年至2015年，因方坯生产量的增大，铸坯脱方超标支数明显增加，本文分析了目前8号铸机的生产情况，找出目前存在的问题（脱方）。根据实际情况，分别从管理、设备、工艺三个方面分析原因。根据分析结果，重点从设备、工艺两个方面进行了改进，明显降低了脱方率。

1 韶钢8号连铸机的生产与方坯脱方缺陷的形成

1.1 8号连铸机的生产现状

8号机为8机8流方坯连铸机，生产的断面170mm×170mm方坯。铸坯的平均脱方超标率高达0.35%，针对8号机生产现状，进行了系统的分析与研究。2013～2015年的脱方超标量为18853吨，严重影响了公司的经济效益。

1.2 连铸坯的形状缺陷的影响因素

1.2.1 结晶器铜壁锥度几何形状呈抛物线变化，以适应凝固坯壳收缩过程，坯壳与铜壁尽可能接触良好，抑制气隙形成，使结晶器周边坯壳生长均匀。

1.2.2 小方坯结晶器冷却，水缝水流速不均匀是铜管变形的主要原因。因此，铜管与水套装配保证结晶器纵向和横向水缝尺寸均匀是水流速一致的保证。

1.2.3 结晶器铜管圆角半径使角部坯壳厚度均匀，可防止铸坯脱方。

2 设备参数对脱方的影响分析

2.1 铜管的技术参数和使用寿命

2.1.1 铜管的锥度

8号机在浇注钢种Q235（铜管每流均使用A厂），N1脱方后在结晶器下口3.6m处漏钢。在其它生产条件没有改变的情况下，更换新铜管后，脱方现象消失。经测量脱方结晶器的铜管锥度，并与原始锥度曲线对比，发现脱方是铜管锥度已经严重磨损所致。

2.1.2 铜管的壁厚

8号连铸机N2流曾发生脱方（断面170mm×170mm，钢种Q235）事故。通过对脱方时的结晶器设备参数分析发现，锥度良好，而铜管壁厚明显不均匀。

2.2 结晶器的水缝对铸坯脱方的影响

2.2.1 结晶器水缝

我厂结晶器水缝为4mm，铜管材质为磷脱氧铜、HB>80、内腔镀铬厚0.3mm。在水缝尺寸不等时，各缝水的流速不同，从而不能均匀的冷却铸坯，易产生脱方缺陷。

2.2.2 角部水缝

8号连铸机采用的是圆角水套，角部水缝不均匀（约有1mm的偏差）且下线后的精度得不到保障，因此容易产生脱方缺陷。

2.3 二冷室托辊对铸坯脱方的影响

二冷室托辊共有40个（每流5个），其中4号托辊与拉矫机之间有一个送引锭辅助托辊。2013年全年3号机产量190万吨（14844炉），共计更换219个托辊，每个托辊的平均寿命只有35炉。

3 连铸工艺参数对铸坯脱方的影响

3.1 钢中C对铸坯脱方的影响

钢的收缩量很大部分决定于钢的含碳量，高温坯壳的线收缩对脱方有直接影响。我厂Q235B的碳含量内控范围在 0.08～0.14 %，属包晶钢，坯壳线收缩大，导致初生坯壳凝固厚度不均匀，易于形成脱方。 3.2 Mn/S比对铸坯脱方的影响

我厂通过现场多次试验发现：当 Mn/S≥2 5时，脱方显著减少。根据我厂的现有条件， Mn/S比均大于28较为适宜。

3.3 结晶器一冷对铸坯脱方的影响

3.3.1 结晶器水量

结晶器水缝水流速约为5～8m/S（水缝尺寸为4mm）将出现间歇沸腾；对于低碳钢水速小于6m/s、中碳钢水速小于9m/s，在结晶器冷却面引起间歇沸腾。水速大于10m/s，可抑制间歇沸腾，有利于传热。

3.3.2 结晶器冷却水进水温度

韶钢Q235钢浇铸过程中，开浇时结晶器进水温度在28℃～31℃左右，浇铸结束后，结晶器进水温度升高到35～37.8℃，从开浇到浇铸结束，结晶器进水温度升高大约6～8℃。生产实践表明，生产包晶钢，初检合格率达到99.75%以上。综上所述，研究得出合适的结晶器进水温度在35℃左右。

3.4 二冷水对铸坯脱方的影响

3.4.1 连铸机的二次水冷系统对铸坯脱方的影响及解决方案

通过对8号方坯连铸机的二冷喷嘴使用情况进行跟踪与观察，发现在生产过程中存在二冷喷嘴堵塞喷嘴堵塞严重，喷嘴被堵个数最多达100多个，造成的后果是方坯脱方废品的大量增加，最严重的一个月有400多吨钢坯变成废品。

从生产线喷嘴取出的堵塞物主要是結垢堵塞、悬浮物及絮状物积累堵塞和管壁脱落的锈蚀物，成片状，其中，因管道管壁脱落的锈蚀物和结垢堵塞占了93%。

3.4.2 二冷喷淋管对中和喷淋均匀性对脱方的影响

生产实践表明，脱方的产生不是某个单一因素在起作用，需要对所有二冷参数进行规定，才能保证铸坯处于可控状态。造成韶钢铸坯脱方的主要因素是结晶器铜管磨损及其装配，其次是二冷水质和喷淋系统的对中度。

4 连铸坯脱方的改善方法

4.1 结晶器的参数优化

2014年开始，在8号方坯连铸机试用钻石型结晶器铜管，钻石型铜管相比普通铜管脱方支数有明显减少，通过保证铜管锥度，对降低铸坯铸坯脱方有显著效果。

4.2 二冷水分布及优化表

二冷水量是铸坯出结晶器后加重脱方的根源。保证水条对弧精度，水咀完好， 优化比水量参数后的脱方废品率有明显降低。

4.2.1 Mn和S成分调整

我厂8号机生产Q235钢种Mn/S>20时可以减缓脱方，当增加了Mn/S以后，脱方率明显减少。

4.2.2 二冷室进行精确对弧

对弧样板是校对检测连铸机对弧精度的检测工具，必须确保对弧样板精度，弯曲半径制造精度要求为±0.02-0.05，平面要求为±0.05，平行度要求为±0.03。

5 总结

针对铸坯脱方问题，本文进行了深入的研究分析，结论如下：

（1）浇铸过程中的不均匀冷却是连铸方坯产生脱方缺陷的直接原因。二冷水量均匀分布，是铸坯出结晶器后产生二次脱方的根源。必须对影响结晶器均匀冷却的主要因素进行控制与优化；

（2）通过对比试验、低倍检验和统计分析等手段的进一步分析发现，铸坯脱方的主要因素首先是结晶器铜管磨损及其装配精度，保证铜管的加工精度，在铜管任意断面上壁厚的极限偏差应控制在2～3%以下。其次是二次冷却系统的正常运行，而浇注温度与铸坯速度、注流偏斜对韶钢方坯脱方的影响不是主要因素；

（3）通过调整转炉冶炼和中间包冶金工艺、结晶器参数、浇注温度、二冷配水、铸坯拉速，强化铸坯对弧和喷水的精确度，很好地改善了连铸坯质量，使韶钢铸坯脱方率小于0.01%，整体铸坯合格率达到99.99%。

【参考文献】

[1]Samarasekera，IV et al.小方坯结晶器形状传热及结晶器与坯壳相互作用[C].发展中国家连铸会议文集.中国金属学会，北京，1993：152.

[2]屈正平，阎丽萍，巨建涛，等.酒钢连铸方坯裂纹和脱方原因初探[J].钢铁研究.10（5）：24-26.

[责任编辑：张涛]