小方坯連鑄漏鋼原因分析和控制措施方案

/小方坯連鑄漏鋼原因分析及控制措施張銀強(qiáng)許繼勇陳勇張慶雷于廣〔XX日照鋼鐵有限公司第一煉鋼廠摘要本文針對(duì)日鋼小方坯漏鋼實(shí)際情況.從設(shè)備、工藝參數(shù)、原輔料以及操作等方面進(jìn)行了分析.并制定了具體的控制措施.取得較好的效果。關(guān)鍵詞小方坯；連鑄；漏鋼；控制措施AnalysisonbreakoutofbilletcontinuouscastingandcountermeasuresZHANGYinqiang,XUJiyong,CHENYong,ZHANGQinglei,YUGuang<NO.1Steel-makingPlantofRizhaoIron＆SteelCo.Ltd.>Abstract:ThepresentpaperanalyzesthecausesofbreakoutofthecontinuouscastingmachineoftheNO.1Steel-makingPlantofRizhaoIron＆SteelCo.Ltd..fromtheequipment,processparameters,compositionofmoltensteel,mouldpowderperformanceandoperatingcondition.Thecorrespondingmeasureshavebeentakeandgoodeffecthasbeenachieved.Keywords:bloom;continuouscasting;breakout;measure前言日照鋼鐵有限公司第一煉鋼廠現(xiàn)有3臺(tái)小方坯和1臺(tái)大方坯連鑄機(jī)。自投產(chǎn)四年多以來.小方坯溢漏率一直居高不下.漏鋼問題始終是制約生產(chǎn)的重要因素。20XX以前小方坯鑄機(jī)平均溢漏率一直在1％左右.漏鋼事故比較頻繁.不僅造成設(shè)備狀況惡化、增加一線操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度.同時(shí)對(duì)生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定非常不利。本文基于20XX初開始的漏鋼攻關(guān)生產(chǎn)實(shí)踐.對(duì)小方坯漏鋼原因進(jìn)行了多角度分析〔主要針對(duì)角部縱裂漏鋼.并提出了一些具體的控制措施。工藝現(xiàn)狀日鋼第一煉鋼廠小方坯連鑄機(jī)始建于20XX.3臺(tái)均為六機(jī)六流.澆鑄斷面主要為160mm×160mm和150mm×150mm.采用快換式定徑水口或塞棒控制、浸入式水口保護(hù)澆鑄、結(jié)晶器液面自動(dòng)控制、保護(hù)渣和事故擺槽等澆注方式。目前.主要生產(chǎn)的鋼種有H08A、Q195、Q215B、Q235B、HRB400、30MnSi、ML35、45#等.連鑄機(jī)的主要工藝參數(shù)如下：弧形半徑：8m流間距：1200mm工作拉速：1.8～3.2m/min結(jié)晶器：窄水縫導(dǎo)流水套式結(jié)晶器.水縫3.5mm.長度900mm.材質(zhì)為磷脫氧銅振動(dòng)裝置：半板簧四連桿.振幅±4.8mm.振頻87.5～263次/min.正弦振動(dòng)。漏鋼事故概況根據(jù)20XX小方坯漏鋼情況.統(tǒng)計(jì)分析原因見圖1。操作性漏鋼〔含開澆漏鋼、夾渣漏鋼及其它操作原因造成的漏鋼等占34％.工藝性漏鋼〔含結(jié)殼漏鋼和角裂漏鋼等占66％.其中角裂漏鋼占61％。操作性漏鋼可以通過規(guī)范標(biāo)操作進(jìn)行逐步控制.所以主要難點(diǎn)在于控制角裂性漏鋼。角部漏鋼多發(fā)生在結(jié)晶器出口處足輥段位置.并伴隨著凹陷縱裂.距角部30mm以內(nèi).漏鋼長度100～500mm。圖1漏鋼原因分類角部縱裂漏鋼機(jī)理分析鑄坯坯殼在結(jié)晶器內(nèi)形成是反復(fù)收縮與膨脹的過程。鋼水澆注到結(jié)晶器中.在其表面張力作用下.鋼水與銅管壁接觸形成一半徑很小的彎月面.在彎月面根部附近冷卻速度很快.初生坯殼迅速形成。隨著冷卻的不斷進(jìn)行.坯殼逐步加厚.已凝固的坯殼開始收縮.并離開銅管內(nèi)壁.則銅管與坯殼間形成氣隙。隨著坯殼下降.形成氣隙區(qū)的坯殼在熱流作用下溫度回升.強(qiáng)度下降.鋼水靜壓力再次使其貼向銅管內(nèi)壁。如此反復(fù).直到坯殼厚度足以承受鋼水靜壓力.坯殼拉出結(jié)晶器。在這個(gè)過程中.結(jié)晶器在正常冷卻情況下.四周的冷卻應(yīng)是均勻一致的.所形成的坯殼厚度也基本一致。因角部是二維冷卻.四角的坯殼厚度會(huì)略厚于四邊。但如果角部的冷卻強(qiáng)度較大.熱流導(dǎo)出密度超過面部較多.就會(huì)出現(xiàn)角部組織過冷、角部收縮量大且坯殼厚度遠(yuǎn)大于面部。而角部由于強(qiáng)度大.且位移量小.則過早地離開銅管內(nèi)壁而形成氣隙.冷卻變?nèi)酢惨妶D2。隨著面部坯殼的反復(fù)收縮與膨脹.角部的凝固前沿存在著裂紋形成的危險(xiǎn).即鑄坯角部裂紋的形成是由內(nèi)向外擴(kuò)展的。另外.由于角部過早地形成氣隙.使得鑄坯離開結(jié)晶器時(shí).角部坯殼的厚鋼水靜壓力縱裂、凹陷形成處過冷收縮圖2結(jié)晶器內(nèi)坯殼受力示意圖度反而小于面部坯殼的厚度。這樣當(dāng)其強(qiáng)度不足以承受鋼水靜壓力及面部收縮的熱應(yīng)力時(shí).裂紋便在角部形成[1]。我廠小方坯現(xiàn)生產(chǎn)鋼種有低碳鋼〔SAE1008B、H08A、Q195、Q215、Q235等和中高碳鋼〔30MnSi、ML35、45＃等。中高碳鋼出結(jié)晶器時(shí)坯殼較厚.約20mm左右〔由漏鋼坯殼可以看出.足以支撐鋼水靜壓力.所以縱裂一般不會(huì)延續(xù)到鑄坯表面形成凹陷.但從低倍組織可以看出內(nèi)部角裂比較普遍。除非中高碳鋼鑄坯出現(xiàn)嚴(yán)重脫方和鼓肚.才會(huì)表現(xiàn)為角裂漏鋼〔見圖3.這種情況在我廠小方坯生產(chǎn)過程中也時(shí)有出現(xiàn)。由于低碳鋼坯殼出結(jié)晶器較薄〔特別是包晶鋼.內(nèi)部角裂容易擴(kuò)展到鑄坯表面形成凹陷.嚴(yán)重時(shí)造成縱裂漏鋼。生產(chǎn)中出現(xiàn)的縱裂漏鋼發(fā)生部位多在距鑄坯角部10～30mm處.出結(jié)晶器下口100mm范圍內(nèi).漏鋼坯殼內(nèi)部呈折皺狀。圖3小方坯脫方低倍圖樣原因分析5.1結(jié)晶器銅管的影響結(jié)晶器銅管通鋼量后期時(shí).由于內(nèi)部磨損嚴(yán)重.錐度不能很好的滿足坯殼成長需要.所以漏鋼事故比前期嚴(yán)重.圖4為我廠3#機(jī)某月漏鋼情況與結(jié)晶器通鋼量趨勢圖。圖4漏鋼次數(shù)與結(jié)晶器通鋼量趨勢圖低碳鋼冷卻收縮率較中碳鋼大.生產(chǎn)低碳鋼和中碳鋼對(duì)銅管的錐度要求也不同。由于我廠生成組織原因.鋼種更換頻繁.經(jīng)常需要使用同批結(jié)晶器交叉生產(chǎn)低中碳鋼。如果銅管通鋼量前期生產(chǎn)中高碳鋼.由于坯殼收縮量小.銅管磨損較大.錐度即不能滿足低碳鋼要求.若后期再生產(chǎn)低碳鋼就會(huì)頻繁漏鋼。同時(shí)生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn).銅管前期生產(chǎn)低碳鋼而后期生產(chǎn)中高碳鋼時(shí)漏鋼次數(shù)并無明顯增加。3#機(jī)某批次銅管開澆生產(chǎn)ML35共計(jì)3072t.隨后生產(chǎn)Q215和Q235.因漏鋼嚴(yán)重下線.平均壽命只有4900t左右.見圖5。圖53#機(jī)某批次銅管漏鋼情況此外.我廠小方坯水套與銅管間固定螺絲共24個(gè)：上、中、下各2個(gè)/側(cè).銅管上下兩頭卡在結(jié)晶器上下法蘭凹槽中。操作工為了安裝簡便.一般只固定銅管上部8個(gè)螺絲.且有2個(gè)因?yàn)橐好孀詣?dòng)控制放射源和信號(hào)接收器妨礙無法拆卸.實(shí)際起到固定銅管作用的螺絲只有6個(gè).且結(jié)晶器上下法蘭凹槽與銅管之間存在縫隙.銅管安裝精度較差。振動(dòng)過程容易搖擺偏移.造成水縫寬度不均.從而加劇鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)冷卻的不均勻.產(chǎn)生凹陷縱裂造成漏鋼.同時(shí)也影響到鑄坯質(zhì)量。從下線的銅管也可以發(fā)現(xiàn)外壁螺絲緊固處存在凹坑.說明銅管在使用過程中受力不均。5.2結(jié)晶器振動(dòng)參數(shù)的影響我廠3臺(tái)小方坯連鑄機(jī)結(jié)晶器振動(dòng)均采用f=a×v式正弦同步控制模型.式中f為振動(dòng)頻率.v為拉坯速度.a為常數(shù)。其中a共采用過68、75、87.5三個(gè)常數(shù).發(fā)現(xiàn)低振頻時(shí)漏鋼次數(shù)增加〔a＝68時(shí)尤為明顯.且集中在拉速為2.0m/min左右.拉速超過2.5m/min時(shí)漏鋼次數(shù)并無明顯變化.詳細(xì)振動(dòng)參數(shù)見表1。經(jīng)驗(yàn)表明：對(duì)于采用保護(hù)澆注的小方坯負(fù)滑脫時(shí)間應(yīng)控制在0.08～0.13秒.而負(fù)滑脫率取值范圍較寬.在－5％～－80％內(nèi)對(duì)鑄坯質(zhì)量無明顯影響[2]。從表1可以看出.當(dāng)a取87.5時(shí).振動(dòng)參數(shù)比較合理。若a取值68和75.拉速在2.0m/min左右時(shí)負(fù)滑脫時(shí)間偏大.振痕深度增加.坯殼厚度的均勻性會(huì)明顯變差[3]；同時(shí)正滑動(dòng)時(shí)間縮短.保護(hù)渣消耗量降低.結(jié)晶器與坯殼之間的摩擦力增大.導(dǎo)致鑄坯潤滑不良.降低坯殼的凝固生長速度.容易產(chǎn)生縱向裂紋[4]。表1不同常數(shù)時(shí)的振動(dòng)參數(shù)a拉速V振頻f負(fù)滑脫時(shí)間Tn正滑脫時(shí)間Tp負(fù)滑脫率NS681.81220.170.22－30.56％2.01360.150.192.21500.140.182.41630.130.162.61770.110.15751.81350.160.22－44.00％2.01500.140.202.21650.130.182.41800.120.172.61950.110.1587.51.81580.140.24－68.00％2.01750.130.212.21930.120.192.42100.110.182.62280.100.16此外.f=a×v式結(jié)晶器正弦振動(dòng)模型已逐漸被淘汰.因其負(fù)滑脫時(shí)間Tn和正滑脫時(shí)間Tp均與頻率f呈反比關(guān)系.不能同時(shí)滿足鑄坯表面質(zhì)量和保護(hù)渣潤滑兩個(gè)方面的要求。若不改變正弦振動(dòng)機(jī)構(gòu).建議將f=a×v控制模型改為f=a×v＋b或f=－a×v＋b模型.可有效改善傳統(tǒng)振動(dòng)的缺點(diǎn)[5]。5.3結(jié)晶器冷卻水的影響鋼水進(jìn)入結(jié)晶器后迅速形成初生坯殼.初生坯殼接觸銅板收縮形成一次彎月面。由于二維冷卻角部迅速形成強(qiáng)度較大的坯殼.液渣流入時(shí)在角部附近生成較厚的玻璃渣項(xiàng).面部受角部拉力和內(nèi)部鋼水靜壓力作用.坯殼較薄.且受側(cè)向拉力、鋼水靜壓力和銅板冷卻的共同作用.坯殼形成多次彎月面.保護(hù)渣無法隨時(shí)填充造成非穩(wěn)態(tài)冷卻.產(chǎn)生厚度不均的坯殼[6]。在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn).適當(dāng)降低結(jié)晶器的冷卻強(qiáng)度能緩解冷卻的不均勻性.可得到相對(duì)均勻的坯殼。將Q325和Q215等包晶鋼的結(jié)晶器冷卻水流速由原來12m/s降至10m/s左右.進(jìn)出水溫差有6～8℃調(diào)整至7～9℃；同時(shí)結(jié)合鋼種和拉速調(diào)整結(jié)晶器水流量.由原來全鋼種單一水量發(fā)展到現(xiàn)在的分類控制.穩(wěn)定了結(jié)晶器傳熱狀況.滿足了鋼種冷卻的個(gè)性化需求.對(duì)減少角裂漏鋼效果明顯。5.4鋼水成分的影響我廠部分鋼種內(nèi)控成分見表2.溢漏率見圖6所示。出現(xiàn)凹陷、縱裂漏鋼主要集中在Q195、Q215和Q235.碳含量主要在0.08～0.15％的包晶反應(yīng)區(qū)〔δ＋L——γ.相變引起的體積劇烈收縮使鑄坯局部傳熱、凝固不均勻.產(chǎn)生凹陷。凹陷部位冷卻和凝固速度比其它部位慢.結(jié)晶器組織粗化.裂紋敏感性強(qiáng).坯殼出結(jié)晶器后受到噴水冷卻和鋼水膨脹的靜壓力作用.在凹陷的薄弱處造成應(yīng)力集中.從而產(chǎn)生內(nèi)裂[7]。表2部分鋼種內(nèi)控成分〔％鋼種CSiMnPSQ195≤0.045≤0.050Q215≤0.040≤0.040Q2350.12～0.200.12～0.300.30～0.70≤0.045≤0.04530MnSi0.28～0.330.70～0.850.9～1.25≤0.025≤0.025圖6各鋼種溢漏率另外.生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)S、P含量只要不是特別高〔[P]+[S]<0.050%.對(duì)凹陷、縱裂紋的影響并不明顯。但是有時(shí)會(huì)出現(xiàn)大包澆注后期幾個(gè)流同時(shí)縱裂漏鋼的現(xiàn)象.大部分爐次[S]含量都很高〔一般在0.040％左右。5.5保護(hù)渣的影響保護(hù)渣對(duì)鑄坯表面質(zhì)量影響很大.保護(hù)渣性能不匹配直接造成鑄坯夾雜、凹坑、表面裂紋甚至漏鋼。保護(hù)渣在生產(chǎn)中需達(dá)到均勻流入、吸附夾雜、減少散熱、提高潤滑等多種效果.因此要求它具有良好的鋪展性、透氣性、保溫性及與鋼種相匹配的熔點(diǎn)、熔速和黏度。結(jié)晶器內(nèi)渣膜構(gòu)成見圖7[6]。圖7結(jié)晶器內(nèi)保護(hù)渣熔融結(jié)構(gòu)圖包晶鋼在結(jié)晶器彎月面初生凝固時(shí)伴隨著較大的體積收縮.坯殼與銅板脫離形成氣隙.如果通過降低保護(hù)渣的傳熱性能來緩解鑄坯的體積收縮.就能在一定程度上減少因坯殼厚度不均產(chǎn)生的凹陷、縱裂現(xiàn)象。而保護(hù)渣粘度與傳熱系數(shù)成線性反比.與熱阻呈正比[8].所以生產(chǎn)包晶鋼使用高粘度保護(hù)渣可減少坯殼生長的不均勻性。我廠生產(chǎn)包晶鋼使用的三種保護(hù)渣成分與理化指標(biāo)見表3。表3各廠保護(hù)渣成分與性能廠家Si02MgOCaOFe2O3Al2O3R2OF-C堿度熔點(diǎn)粘度國產(chǎn)A31.714.3527.141.063.688.373.8915.40.8611080.326國產(chǎn)B32.73.1627.050.96.395.962.9614.50.8311100.708Stollberg33.132.5123.522.5810.49—3.615.90.7111101.23生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn).無論從角裂漏鋼頻率還是鑄坯表面質(zhì)量.三種保護(hù)渣中Stollberg效果最好.國產(chǎn)B型次之.A型保護(hù)渣效果最差.不能批量使用。雖然高粘度保護(hù)渣消耗量比較低〔Stollberg該型號(hào)保護(hù)渣渣耗在0.20kg/t左右.但只要鋪展性好、熔點(diǎn)熔速等理化性能與鋼種匹配合理.低渣耗對(duì)鑄坯表面質(zhì)量并無不良影響.粘結(jié)漏鋼次數(shù)也無明顯增加。5.6澆注條件的影響中間包鋼水過熱度對(duì)漏鋼事故有明顯影響。過熱度越高.結(jié)晶器內(nèi)生成的坯殼越薄且更不均勻.承受鋼水靜壓力越大.坯殼薄弱處容易產(chǎn)生凹陷、縱裂.嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致漏鋼。資料表明.中包過熱度每提高10℃.結(jié)晶器內(nèi)坯殼厚度減少約3％[9]。20XX9月2#、3#機(jī)各旬次過熱度與漏鋼次數(shù)見圖8和圖9.從圖中可明顯看出控制中包鋼水過熱度對(duì)減少漏鋼事故的重要性。圖8各旬次中包過熱度圖9各旬次漏鋼次數(shù)由于生產(chǎn)節(jié)奏不穩(wěn)定.拉速波動(dòng)也比較大.對(duì)漏鋼事故、鑄坯質(zhì)量、設(shè)備狀況及操作順行帶來很大影響。拉速波動(dòng)使冶金長度發(fā)生變化.鑄機(jī)熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷隨之發(fā)生變化.影響鑄機(jī)設(shè)備的壽命和精度.同時(shí)惡化中心偏析影響鑄坯質(zhì)量；拉速變化時(shí).結(jié)晶器熱面溫度的變化滯后于拉速的變化.可能導(dǎo)致鑄坯表面縱裂或粘結(jié)漏鋼；拉速變化對(duì)結(jié)晶器保護(hù)渣溶化也有很大影響：拉速突然增加時(shí).結(jié)晶器與鑄坯之間的固態(tài)渣膜不能立即隨之溶化.從結(jié)晶器導(dǎo)出的熱量不能隨拉速突然增加而立即增加.坯殼厚度增加的慢.坯殼變薄.拉速升得越快.坯殼越薄.容易造成漏鋼。生產(chǎn)過程中也經(jīng)常出現(xiàn)調(diào)整拉速后5分鐘內(nèi)發(fā)生角裂漏鋼的現(xiàn)象。5.7操作因素的影響1對(duì)于定徑水口自動(dòng)控制系統(tǒng).結(jié)晶器內(nèi)鋼水液面不穩(wěn)定會(huì)造成拉速的波動(dòng).影響保護(hù)渣向結(jié)晶器和坯殼間的穩(wěn)定填充.破壞渣膜的連續(xù)性.容易使坯殼厚度不均勻.導(dǎo)致表面凹陷或角裂漏鋼。生產(chǎn)中更換浸入式水口時(shí)液面波動(dòng)比較大.也容易造成角裂或卷渣漏鋼。2浸入式水口的不對(duì)中.鋼流中心偏斜.坯殼局部沖刷嚴(yán)重.結(jié)晶器內(nèi)坯殼冷卻的均勻性會(huì)受到很大影響.嚴(yán)重時(shí)也會(huì)導(dǎo)致漏鋼。中間包殼使用時(shí)間較長容易發(fā)生局部變形.造成水口不對(duì)中或插入深度不統(tǒng)一；修砌中包時(shí)上水口和座磚安裝不當(dāng)也會(huì)造成浸入式水口的不對(duì)中。生產(chǎn)中可以通過對(duì)比漏鋼坯殼各表面的振痕深度來判斷水口對(duì)中與否。3保護(hù)渣加入方式不正確也會(huì)造成漏鋼。由于現(xiàn)場工人操作習(xí)慣.一次性加入過多.且主要集中在內(nèi)弧.呈斜坡狀.會(huì)造成液渣不均勻填充.影響結(jié)晶器與坯殼間的潤滑與均勻傳熱。在正常澆注情況下.小渣條沒必要撈出.且應(yīng)禁止用撈渣棒試探結(jié)晶器內(nèi)是否形成渣條.會(huì)破壞彎月面初始坯殼的均勻形成。采取的措施加強(qiáng)生產(chǎn)組織與協(xié)調(diào).合理安排不同鋼種的生產(chǎn)計(jì)劃.低碳鋼和中高碳鋼不能使用同一批結(jié)晶器生產(chǎn).同時(shí)加強(qiáng)銅管錐度與磨損程度的檢查。提高結(jié)晶器安裝精度.水縫寬度誤差范圍由±0.3mm降至±0.1mm；安裝銅管時(shí)上下法蘭均需拆下.至少固定銅管上下側(cè)16個(gè)螺絲.不能圖省事而犧牲安裝精度.防止銅管使用過程中的偏移和扭轉(zhuǎn)。合理優(yōu)化結(jié)晶器振動(dòng)參數(shù).負(fù)滑脫時(shí)間控制在0.08～0.13秒左右.振動(dòng)模型由f=a×v改為f=a×v＋b或f=－a×v＋b。結(jié)合不同鋼種凝固收縮率和拉速.調(diào)整合適的結(jié)晶器水量。對(duì)于包晶鋼等收縮率較大的鋼種.結(jié)晶器水量可適當(dāng)降低10～30％.進(jìn)出水溫差控制在上限。盡可能將鋼種成分控制在0.08～0.15％的包晶反應(yīng)區(qū)以外.同時(shí)控制硫磷含量〔P]+[S]<0.050%.提高鋼水質(zhì)量。優(yōu)化保護(hù)渣性能.與不同鋼種合理匹配。包晶鋼應(yīng)使用高粘度保護(hù)渣.以降低結(jié)晶器傳熱系數(shù).緩解坯殼生長的不均勻性。降低中包過熱度.控制在10～25℃.并保持拉速的穩(wěn)定性.做到恒溫、恒拉速操作。提高浸入式水口壽命.減少水口更換次數(shù)造成的結(jié)晶器液面大幅波動(dòng)；水口必須嚴(yán)格對(duì)中.保持合理的插入深度〔70mm～120mm；規(guī)范職工操作.添加保護(hù)渣做到少、勤、勻.小渣條不用撈出.更不能時(shí)不時(shí)用撈渣棒試探彎月面。結(jié)語控制漏鋼事故一直是連鑄生產(chǎn)的一大難題。