1、 小方坯连铸漏钢原因分析及控制措施张银强 许继勇 陈勇 张庆雷 于广（山东日照钢铁有限公司第一炼钢厂）摘 要 本文针对日钢小方坯漏钢实际情况，从设备、工艺参数、原辅料以及操作等方面进行了分析，并制定了具体的控制措施，取得较好的效果。关键词 小方坯；连铸；漏钢；控制措施Analysis on breakout of billet continuous casting and counter measuresZHANG Yinqiang , XU Jiyong , CHEN Yong , ZHANG Qinglei , YU Guang(NO.1 Steel-making Plant of Riz
2、hao IronSteel Co.Ltd.)Abstract: The present paper analyzes the causes of breakout of the continuous casting machine of the NO.1 Steel-making Plant of Rizhao Iron Steel Co.Ltd from the equipment, process parameters, composition of molten steel, mould powder performance and operating condition. The co
3、rresponding measures have been take and good effect has been achieved.Key words: bloom ;continuous casting; breakout ; measure1 前言日照钢铁有限公司第一炼钢厂现有 3 台小方坯和 1 台大方坯连铸机。自投产四年多以来，小方坯溢漏率一直居高不下，漏钢问题始终是制约生产的重要因素。2008 年以前小方坯铸机平均溢漏率一直在 1左右，漏钢事故比较频繁，不仅造成设备状况恶化、增加一线操作工人的劳动强度，同时对生产工艺的稳定非常不利。本文基于 2008 年初开始的漏钢攻关生产实
4、践，对小方坯漏钢原因进行了多角度分析（主要针对角部纵裂漏钢） ，并提出了一些具体的控制措施。2 工艺现状日钢第一炼钢厂小方坯连铸机始建于 2004 年，3 台均为六机六流，浇铸断面主要为 160mm160mm和 150mm150mm，采用快换式定径水口或塞棒控制、浸入式水口保护浇铸、结晶器液面自动控制、保护渣和事故摆槽等浇注方式。目前，主要生产的钢种有H08A、Q195、Q215B、Q235B 、HRB400、30MnSi 、ML35、45#等，连铸机的主要工艺参数如下：弧形半径：8m流间距：1200mm工作拉速：1.83.2m/min结晶器：窄水缝导流水套式结晶器，水缝 3.5mm，长度 9
5、00mm，材质为磷脱氧铜振动装置：半板簧四连杆，振幅4.8mm，振频 87.5263 次/min ，正弦振动。3 漏钢事故概况根据 2007 年小方坯漏钢情况，统计分析原因见图 1。操作性漏钢（含开浇漏钢、夹渣漏钢及其它操作原因造成的漏钢等）占 34，工艺性漏钢（含结壳漏钢和角裂漏钢等）占 66，其中角裂漏钢占61。操作性漏钢可以通过规范标操作进行逐步控制，所以主要难点在于控制角裂性漏钢。角部漏钢多发生在结晶器出口处足辊段位置，并伴随着凹陷纵裂，距角部 30mm 以内，漏钢长度 100500mm。图 1 漏钢原因分类4 角部纵裂漏钢机理分析铸坯坯壳在结晶器内形成是反复收缩与膨胀的过程。钢水浇注
6、到结晶器中，在其表面张力作用下，钢水与铜管壁接触形成一半径很小的弯月面，在弯月面根部附近冷却速度很快，初生坯壳迅速形成。随着冷却的不断进行，坯壳逐步加厚，已凝固的坯壳开始收缩，并离开铜管内壁，则铜管与坯壳间形成气隙。随着坯壳下降，形成气隙区的坯壳在热流作用下温度回升，强度下降，钢水静压力再次使其贴向铜管内壁。如此反复，直到坯壳厚度足以承受钢水静压力，坯壳拉出结晶器。在这个过程中，结晶器在正常冷却情况下，四周的冷却应是均匀一致的，所形成的坯壳厚度也基本一致。因角部是二维冷却，四角的坯壳厚度会略厚于四边。但如果角部的冷却强度较大，热流导出密度超过面部较多，就会出现角部组织过冷、角部收缩量大且坯壳厚
7、度远大于面部。而角部由于强度大，且位移量小，则过早地离开铜管内壁而形成气隙，冷却变弱（见图 2） 。随着面部坯壳的反复收缩与膨胀，角部的凝固前沿存在着裂纹形成的危险，即铸坯角部裂纹的形成是由内向外扩展的。另外，由于角部过早地形成气隙，使得铸坯离开结晶器时，角部坯壳的厚钢水静压力 纵裂、凹陷形成处过冷收缩 图 2 结晶器内坯壳受力示意图度反而小于面部坯壳的厚度。这样当其强度不足以承受钢水静压力及面部收缩的热应力时，裂纹便在角部形成 1。我厂小方坯现生产钢种有低碳钢（SAE1008B、H08A、Q195、Q215、Q235 等）和中高碳钢（30MnSi、ML35 、45等） 。中高碳钢出结晶器时坯
8、壳较厚，约 20mm 左右（由漏钢坯壳可以看出） ，足以支撑钢水静压力，所以纵裂一般不会延续到铸坯表面形成凹陷， 但从低倍组织可以看出内部角裂比较普遍。 除非中高碳钢铸坯出现严重脱方和鼓肚，才会表现为角裂漏钢（见图 3） ，这种情况在我厂小方坯生产过程中也时有出现。由于低碳钢坯壳出结晶器较薄（特别是包晶钢） ，内部角裂容易扩展到铸坯表面形成凹陷，严重时造成纵裂漏钢。生产中出现的纵裂漏钢发生部位多在距铸坯角部 1030mm 处，出结晶器下口 100mm 范围内，漏钢坯壳内部呈折皱状。图 3 小方坯脱方低倍图样5 原因分析5.1 结晶器铜管的影响结晶器铜管通钢量后期时，由于内部磨损严重，锥度不能很
9、好的满足坯壳成长需要，所以漏钢事故比前期严重，图 4 为我厂 3#机某月漏钢情况与结晶器通钢量趋势图。图 4 漏钢次数与结晶器通钢量趋势图低碳钢冷却收缩率较中碳钢大，生产低碳钢和中碳钢对铜管的锥度要求也不同。由于我厂生成组织原因，钢种更换频繁，经常需要使用同批结晶器交叉生产低中碳钢。如果铜管通钢量前期生产中高碳钢，由于坯壳收缩量小，铜管磨损较大，锥度即不能满足低碳钢要求，若后期再生产低碳钢就会频繁漏钢。同时生产实践中发现，铜管前期生产低碳钢而后期生产中高碳钢时漏钢次数并无明显增加。3#机某批次铜管开浇生产 ML35 共计 3072 t，随后生产 Q215 和 Q235，因漏钢严重下线，平均寿命
10、只有 4900 t 左右，见图 5。图 5 3#机某批次铜管漏钢情况此外，我厂小方坯水套与铜管间固定螺丝共 24 个：上、中、下各 2 个/侧，铜管上下两头卡在结晶器上下法兰凹槽中。操作工为了安装简便，一般只固定铜管上部 8 个螺丝，且有 2 个因为液面自动控制放射源和信号接收器妨碍无法拆卸，实际起到固定铜管作用的螺丝只有 6 个，且结晶器上下法兰凹槽与铜管之间存在缝隙，铜管安装精度较差。振动过程容易摇摆偏移，造成水缝宽度不均，从而加剧铸坯在结晶器内冷却的不均匀，产生凹陷纵裂造成漏钢，同时也影响到铸坯质量。从下线的铜管也可以发现外壁螺丝紧固处存在凹坑，说明铜管在使用过程中受力不均。5.2 结晶
11、器振动参数的影响我厂 3 台小方坯连铸机结晶器振动均采用 f=av 式正弦同步控制模型，式中 f 为振动频率，v 为拉坯速度，a 为常数。其中 a 共采用过 68、75、87.5 三个常数，发现低振频时漏钢次数增加（a68 时尤为明显） ，且集中在拉速为 2.0m/min 左右，拉速超过 2.5m/min 时漏钢次数并无明显变化，详细振动参数见表 1。经验表明：对于采用保护浇注的小方坯负滑脱时间应控制在 0.080.13 秒，而负滑脱率取值范围较宽，在580内对铸坯质量无明显影响 2。从表 1 可以看出，当 a 取 87.5 时，振动参数比较合理。若 a 取值 68 和 75，拉速在 2.0m
12、/min 左右时负滑脱时间偏大，振痕深度增加，坯壳厚度的均匀性会明显变差 3； 同时正滑动时间缩短，保护渣消耗量降低，结晶器与坯壳之间的摩擦力增大，导致铸坯润滑不良，降低坯壳的凝固生长速度，容易产生纵向裂纹 4。表 1 不同常数时的振动参数a拉速V振频f负滑脱时间 Tn正滑脱时间 Tp负滑脱率NS1.8 122 0.17 0.222.0 136 0.15 0.192.2 150 0.14 0.182.4 163 0.13 0.16682.6 177 0.11 0.1530.561.8 135 0.16 0.222.0 150 0.14 0.202.2 165 0.13 0.182.4 180
13、0.12 0.17752.6 195 0.11 0.1544.001.8 158 0.14 0.242.0 175 0.13 0.212.2 193 0.12 0.192.4 210 0.11 0.1887.52.6 228 0.10 0.1668.00此外，f=av 式结晶器正弦振动模型已逐渐被淘汰，因其负滑脱时间 Tn 和正滑脱时间 Tp 均与频率f 呈反比关系，不能同时满足铸坯表面质量和保护渣润滑两个方面的要求。若不改变正弦振动机构，建议将 f=av 控制模型改为 f=avb 或 f=a vb 模型，可有效改善传统振动的缺点 5。5.3 结晶器冷却水的影响钢水进入结晶器后迅速形成初生坯壳
14、，初生坯壳接触铜板收缩形成一次弯月面。由于二维冷却角部迅速形成强度较大的坯壳，液渣流入时在角部附近生成较厚的玻璃渣项，面部受角部拉力和内部钢水静压力作用，坯壳较薄，且受侧向拉力、钢水静压力和铜板冷却的共同作用，坯壳形成多次弯月面，保护渣无法随时填充造成非稳态冷却，产生厚度不均的坯壳 6。在生产中发现，适当降低结晶器的冷却强度能缓解冷却的不均匀性，可得到相对均匀的坯壳。将 Q325 和 Q215 等包晶钢的结晶器冷却水流速由原来12m/s 降至 10m/s 左右，进出水温差有 68调整至 7 9；同时结合钢种和拉速调整结晶器水流量，由原来全钢种单一水量发展到现在的分类控制，稳定了结晶器传热状况，
15、满足了钢种冷却的个性化需求，对减少角裂漏钢效果明显。5.4 钢水成分的影响我厂部分钢种内控成分见表 2，溢漏率见图 6 所示。出现凹陷、纵裂漏钢主要集中在 Q195、Q215和 Q235，碳含量主要在 0.080.15的包晶反应区（L） ，相变引起的体积剧烈收缩使铸坯局部传热、凝固不均匀，产生凹陷。凹陷部位冷却和凝固速度比其它部位慢，结晶器组织粗化，裂纹敏感性强，坯壳出结晶器后受到喷水冷却和钢水膨胀的静压力作用，在凹陷的薄弱处造成应力集中，从而产生内裂 7。表 2 部分钢种内控成分（）钢种 C Si Mn P SQ195 0.06-0.12 0.12-0.30 0.25-0.50 0.045
16、0.050Q215 0.12-0.15 0.12-0.30 0.25-0.55 0.040 0.040Q235 0.120.20 0.120.30 0.300.70 0.045 0.04530MnSi 0.280.33 0.700.85 0.91.25 0.025 0.025图 6 各钢种溢漏率另外，生产中发现 S、P 含量只要不是特别高（P+S0.050%） ，对凹陷、纵裂纹的影响并不明显。但是有时会出现大包浇注后期几个流同时纵裂漏钢的现象，大部分炉次 S含量都很高（一般在 0.040左右） 。5.5 保护渣的影响保护渣对铸坯表面质量影响很大，保护渣性能不匹配直接造成铸坯夹杂、凹坑、表面裂纹
17、甚至漏钢。保护渣在生产中需达到均匀流入、吸附夹杂、减少散热、提高润滑等多种效果，因此要求它具有良好的铺展性、透气性、保温性及与钢种相匹配的熔点、熔速和黏度。结晶器内渣膜构成见图 76。图 7 结晶器内保护渣熔融结构图包晶钢在结晶器弯月面初生凝固时伴随着较大的体积收缩，坯壳与铜板脱离形成气隙，如果通过降低保护渣的传热性能来缓解铸坯的体积收缩，就能在一定程度上减少因坯壳厚度不均产生的凹陷、纵裂现象。而保护渣粘度与传热系数成线性反比，与热阻呈正比 8，所以生产包晶钢使用高粘度保护渣可减少坯壳生长的不均匀性。我厂生产包晶钢使用的三种保护渣成分与理化指标见表3。表3 各厂保护渣成分与性能厂家 Si02
18、MgO CaO Fe2O3 Al2O3 R2O F- C 碱度 熔点 粘度国产A 31.71 4.35 27.14 1.06 3.68 8.37 3.89 15.4 0.86 1108 0.326国产B 32.7 3.16 27.05 0.9 6.39 5.96 2.96 14.5 0.83 1110 0.708Stollberg 33.13 2.51 23.52 2.58 10.49 3.6 15.9 0.711110 1.23生产中发现，无论从角裂漏钢频率还是铸坯表面质量，三种保护渣中Stollberg效果最好，国产B 型次之， A型保护渣效果最差，不能批量使用。虽然高粘度保护渣消耗量比较
19、低（Stollberg该型号保护渣渣耗在0.20kg/t左右） ，但只要铺展性好、熔点熔速等理化性能与钢种匹配合理，低渣耗对铸坯表面质量并无不良影响，粘结漏钢次数也无明显增加。5.6 浇注条件的影响中间包钢水过热度对漏钢事故有明显影响。过热度越高，结晶器内生成的坯壳越薄且更不均匀，承受钢水静压力越大，坯壳薄弱处容易产生凹陷、纵裂，严重时导致漏钢。资料表明，中包过热度每提高10，结晶器内坯壳厚度减少约 3 9。2008 年 9 月 2#、3#机各旬次过热度与漏钢次数见图 8 和图 9，从图中可明显看出控制中包钢水过热度对减少漏钢事故的重要性。图 8 各旬次中包过热度图 9 各旬次漏钢次数由于生产
20、节奏不稳定，拉速波动也比较大，对漏钢事故、铸坯质量、设备状况及操作顺行带来很大影响。拉速波动使冶金长度发生变化，铸机热负荷和机械负荷随之发生变化，影响铸机设备的寿命和精度，同时恶化中心偏析影响铸坯质量；拉速变化时，结晶器热面温度的变化滞后于拉速的变化，可能导致铸坯表面纵裂或粘结漏钢；拉速变化对结晶器保护渣溶化也有很大影响：拉速突然增加时，结晶器与铸坯之间的固态渣膜不能立即随之溶化，从结晶器导出的热量不能随拉速突然增加而立即增加，坯壳厚度增加的慢，坯壳变薄，拉速升得越快，坯壳越薄，容易造成漏钢。生产过程中也经常出现调整拉速后5 分钟内发生角裂漏钢的现象。5.7 操作因素的影响1）对于定径水口自动
21、控制系统，结晶器内钢水液面不稳定会造成拉速的波动，影响保护渣向结晶器和坯壳间的稳定填充，破坏渣膜的连续性，容易使坯壳厚度不均匀，导致表面凹陷或角裂漏钢。生产中更换浸入式水口时液面波动比较大，也容易造成角裂或卷渣漏钢。2）浸入式水口的不对中，钢流中心偏斜，坯壳局部冲刷严重，结晶器内坯壳冷却的均匀性会受到很大影响，严重时也会导致漏钢。中间包壳使用时间较长容易发生局部变形，造成水口不对中或插入深度不统一；修砌中包时上水口和座砖安装不当也会造成浸入式水口的不对中。生产中可以通过对比漏钢坯壳各表面的振痕深度来判断水口对中与否。3）保护渣加入方式不正确也会造成漏钢。由于现场工人操作习惯，一次性加入过多，且
22、主要集中在内弧，呈斜坡状，会造成液渣不均匀填充，影响结晶器与坯壳间的润滑与均匀传热。在正常浇注情况下，小渣条没必要捞出，且应禁止用捞渣棒试探结晶器内是否形成渣条，会破坏弯月面初始坯壳的均匀形成。6 采取的措施1） 加强生产组织与协调，合理安排不同钢种的生产计划，低碳钢和中高碳钢不能使用同一批结晶器生产，同时加强铜管锥度与磨损程度的检查。2） 提高结晶器安装精度，水缝宽度误差范围由0.3mm 降至0.1mm ；安装铜管时上下法兰均需拆下，至少固定铜管上下侧 16 个螺丝，不能图省事而牺牲安装精度，防止铜管使用过程中的偏移和扭转。3） 合理优化结晶器振动参数，负滑脱时间控制在 0.080.13 秒
23、左右，振动模型由 f=av 改为f=av b 或 f=avb。4） 结合不同钢种凝固收缩率和拉速，调整合适的结晶器水量。对于包晶钢等收缩率较大的钢种，结晶器水量可适当降低 1030，进出水温差控制在上限。5） 尽可能将钢种成分控制在 0.080.15的包晶反应区以外，同时控制硫磷含量（P+S0.050%） ，提高钢水质量。6） 优化保护渣性能，与不同钢种合理匹配。包晶钢应使用高粘度保护渣，以降低结晶器传热系数，缓解坯壳生长的不均匀性。7） 降低中包过热度，控制在 1025，并保持拉速的稳定性，做到恒温、恒拉速操作。8） 提高浸入式水口寿命，减少水口更换次数造成的结晶器液面大幅波动；水口必须严格
24、对中，保持合理的插入深度（70mm120mm） ；规范职工操作，添加保护渣做到少、勤、匀，小渣条不用捞出，更不能时不时用捞渣棒试探弯月面。7 结语控制漏钢事故一直是连铸生产的一大难题。事故频繁，质量、安全都难以得到保障。实践中应针对漏钢实际情况，从设备、工艺参数、原辅料以及操作等各方面因素进行逐一分析，制定合理有效的改进措施，完全可以将漏钢事故控制在基本不影响生产的程度。通过一系列措施的实施，我厂小方坯漏钢事故得到很好的控制，平均溢漏率降至 0.3，并创造了 0.05的最好月记录，漏钢事故已不再是制约生产的重要因素。参考文献1. 李博知，尹国才，连铸小方坯角部纵裂成因分析，中国冶金，2005.
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26、连铸技术研讨会论文集，包头：中国金属学会连续铸钢分会，2007，P84-90.7. 陆定贤，小断面铸坯表面凹陷、内裂原因分析及采取的措施，连铸，2006.1，P26.8. 成泽伟，陈伟庆等，保护渣性能对结晶器内传热的影响，北京科技大学学报，2003.12，25（6） ，P526.9. 徐志洋，姜红军，小方坯连铸机漏钢事故分析及防止措施，马钢科研，1999.4，P7-11.作者简介：张银强（1984） ，男，汉族，安徽砀山人，2005 年毕业于北京科技大学，本科，助理工程师，山东日照钢铁有限公司第一炼钢厂(276806) Email: Tel: 13562365604修订时间：2009-1-16
