方坯角部縱裂漏鋼原因分析及改進*

杜玉蘭 劉炳堂 張靜坡 張學田

(安陽鋼鐵股份有限公司)

方坯角部縱裂漏鋼原因分析及改進*

杜玉蘭 劉炳堂 張靜坡 張學田

(安陽鋼鐵股份有限公司)

結合長期的生產實踐，分析了小方坯表面角部縱裂漏鋼形成機理、產生原因，通過強化生產管理，規范操作行為，開展技術革新活動，制定和落實整改預防措施，取得了顯著效果。

方坯 角部縱裂 漏鋼分析

0 前言

安鋼第二煉鋼廠3#方坯連鑄機，是集團公司投產最早的小方坯連鑄機，已連續運行二十七年有余，雖經多次技術改進，但工藝及裝備水平仍然比較落后。目前，在高拉速、快節奏、高生產率的情況下，鑄坯表面角部縱裂漏鋼事故呈上升趨勢，嚴重影響了連鑄生產的穩定順行。因此，控制鑄坯表面角部縱裂漏鋼已成為提高生產運行質量、優化經濟技術指標、推進精益高效化生產模式的關鍵。

1 鑄機工藝概況

安鋼第二煉鋼廠3#連鑄機是德馬克型弧形方坯連鑄機，四機四流，年產突破80萬t。目前所生產的鋼 種 有 Q235B、HRB335、HRB400、MG335、MG400、Q345等。澆注方式為定徑水口敞開澆注。主要工藝參數見表1。

表1 鑄機主要工藝參數

2 存在問題及原因分析

2010年3#連鑄機漏鋼率0.05%，統計結果顯示，角裂漏鋼占80%，下渣漏鋼和拉斷漏鋼分別占15%、5%.因此控制角裂漏鋼可以顯著降低漏鋼率。角裂漏鋼主要發生在鑄坯出結晶器后，在其偏角部發生縱裂而產生漏鋼事故，長度一般在100 mm～300 mm。表面角裂漏鋼鑄坯及坯殼剖面如圖1所示。

圖1 角部表面縱裂漏鋼鑄坯及坯殼剖面

鑄坯表面角部縱裂起源于結晶器內的凝固坯殼不均勻，因角部二維傳熱，角部初始坯殼厚，剛性大，面部中間坯殼收縮后又在鋼水靜壓力作用下緊貼銅壁，其對坯殼角部產生拉應力。偏離角處不屬二維傳熱，同時又是面部傳熱中最薄弱之處，因此其抗張應力集中在偏離角部某一薄弱部位，當出現鼓肚或脫方現象超過一定值時，應力超過高溫坯殼強度，則造成坯殼偏離角部凹陷或縱裂紋，坯殼出結晶器后失去銅管支撐，如果結晶器下口冷卻強度又弱，坯殼形變進一步擴大，嚴重時發生角裂漏鋼事故。

2.1 工藝設備的影響

1)銅管倒錐度減小、水縫偏差大。目前所使用的結晶器為窄縫導流水套式結晶器，銅管使用后期，內壁下部磨損嚴重且不均勻，倒錐度過小或失去倒錐度，致使坯殼與結晶器壁氣隙增大，傳熱受阻，加劇坯殼凝固不均勻程度;圖2所示為結晶器銅管錐度對鑄坯角部縱裂的影響［1］。

圖2 結晶器錐度與角部縱裂的關系

結晶器銅管與水套之間的水縫為4 mm。因裝配方式不合理、水縫調整誤差大、水套變形均會引起水縫不均勻，造成水縫內冷卻水流速差異大，結晶器導出熱流不均勻，致使坯殼凝固厚度不均勻。資料顯示，水縫每偏差1 mm，冷卻水流速偏差20%，水速不同使銅管各面溫度也不同，銅管將因此發生變形［2］。

2)振動及振動臺偏擺或軌跡偏移。結晶器振動裝置為懸臂式，易受載荷和拉坯阻力影響而產生偏擺現象。雜物卡入振動臺間隙同樣會造成振動不平穩，引起翻鋼、濺鋼，坯殼凝固均勻性受到較大影響;振動臺變形或臺面、結晶器腰板底面粘附雜物造成結晶器不水平、振動軌跡發生偏移，導致結晶器銅管局部磨損嚴重和坯殼冷卻不均勻。

3)二次冷卻不均勻。足輥區噴淋管的噴嘴離鑄坯距離過近，只有110 mm，冷卻水噴射面積不能完全覆蓋鑄坯表面，造成角部局部冷卻不到或冷卻強度不夠，坯殼較薄且不均勻;二冷水質差，過濾效果不好，噴嘴堵塞嚴重，噴淋管變形或安裝不對中等，造成二次冷卻區嚴重不均勻，致使坯殼收縮不勻，加劇脫方變形，形成裂紋而產生漏鋼。

2.2 澆注操作因素的影響

1)由于中間包包底因長期使用并受到鋼水高溫輻射而發生變形，造成定徑水口與結晶器不對中，注流偏流嚴重，導致坯殼局部被沖刷，靠近注流一邊的坯殼生長減慢，坯殼減薄，在熱應力作用下產生縱向裂紋，嚴重時造成漏鋼;

2)澆鋼工手動拉鋼時，由于拉速快、調整幅度大或自動與手動操作轉換銜接不當等因素，造成液面波動大，影響坯殼凝固厚度的均勻性，并易形成縱裂紋。如液面波動區間由±5 mm增加到±20 mm時，縱裂紋指數從 0 增加到2.0，如圖 3 所示［3］468。

圖3 結晶器液面波動對縱裂紋的影響

2.3 鋼中碳含量的影響

鋼中碳含量在0.10%～0.17%時對鑄坯縱裂紋的敏感性最大，尤其是普碳鋼角裂漏鋼發生率較高，這與碳含量為0.10%～0.12%時的鋼發生包晶反應有關。此時，結晶器熱流密度最低，結晶器內凝固坯殼極不均勻［3］376。

3 采取的措施

3.1 優化工藝設備

1)提高結晶器測量與維修質量。根據結晶器銅管使用壽命和下部磨損情況定期更換結晶器;每支新銅管都進行測量、檢查，保證上機的結晶器銅管倒錐度、內腔尺寸、表面平整度符合工藝要求;用塞尺測量調整水縫，確保水縫偏差不大于0.2 mm;改變結晶器銅管與水套的裝配方式，將銅管與水套整體安裝至結晶器內，確保水縫不變;測量水套變形程度，超出標準要求后及時進行更換。

2)控制結晶器振動裝置水平與偏擺。調整振動裝置平衡彈簧松緊度，避免渣球等雜物進入振動機構縫隙，減輕振動臺承受的負荷和摩擦阻力，控制振動臺偏擺量＜0.15 mm。更換結晶器時必須清理干凈振動臺面和結晶器底板粘附的雜物，保證結晶器水平。定期測量和調整振動臺水平度，將四個水平點的高度偏差控制在≤0.5 mm范圍。

3)調整足輥、加裝角部噴嘴。改造足輥區噴淋管，將噴嘴與鑄坯之間的距離由110 mm增加到125 mm，擴大冷卻水覆蓋面，改善鑄坯角部冷卻效果;足輥區角部加裝PZ1178BP型號噴嘴，強化角部冷卻;定期清理或更換二次冷卻水管道過濾器、罐式過濾器濾網，改善水質;停機時檢查更換堵塞的噴嘴和變形嚴重的噴淋管，保證冷卻效果。

3.2 改進現場操作

1)通過調整中間包水口快換機構墊塊的厚度，微調因中間包包底變形造成的水口不對中現象;包底變形嚴重的，應及時更換包底或包殼，確保注流對中;改進起步和換包操作使用的冷料形式和用量，用Φ6.5 mm的盤條折成U型代替Φ12 mm的圓鋼、螺紋鋼。開澆時盤條遇到鋼水能夠完全融化，避免劃傷銅管。

2)手動澆鑄操作時，將液面波動控制在±5 mm范圍以內;轉為自動控制時，要在液面高度在設定位置時轉換，避免液面出現大的波動;自動控制液面不穩時要及時轉為手動操作;結晶器使用中后期，適當提高結晶器液面高度，以增加結晶器銅管有效冷卻長度，保證冷卻效果。更換新結晶器之后，維修人員精心對自動液面控制系統參數進行標定，加強信號傳輸線、P3操作箱的保護和維護，確保液面控制的精確度。

3.3 協調控制成份

加強與煉鋼工序聯系與協調，提高終點碳，減少鋼水氧化性，把成品碳含量提高至0.12%～0.18%的范圍，避開裂紋敏感區。

4 效果

經過以上措施的實施，鑄坯表面角部縱裂漏鋼事故得到有效控制，2011年角部縱裂漏鋼比率為0.03%，與2010年同比降低0.02%。由于漏鋼事故的減少、設備維修質量的提高，2011年結晶器壽命同比提高307 t。改進前后月溢漏率和結晶器壽命對比見表2。

表2 改進前后指標對比

5 結語

通過對小方坯角部縱裂漏鋼影響因素的分析，結合生產實踐，采取了優化工藝設備、改進現場操作、提高鋼水質量等措施，鑄坯角部縱裂漏鋼事故得到有效控制，既提高了生產效率，改善了鑄坯質量，又促進了生產的穩定順行，降低了鋼水消耗和生產成本。

［1］陳雷主編.連續鑄鋼.北京:冶金工業出版社，1994:126.

［2］盧盛意編著.連鑄坯質量.北京:冶金工業出版社，1994:63.

［3］史晨興主編.實用連鑄冶金技術.北京:冶金工業出版社，1998:376，468.

ANALYSIS AND IMPROVEMENT ON BILLET LONGITUDINAL CORNER CRACK BREAKOUT

Du Yulan Liu Bingtang Zhang Jingpo Zhang Xuetian
(Anyang Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

Combining the long－term production practice，the formation mechanism and causes of the longitudinal corner crack on the billet surface were analyzed.Remarkable results were achieved by means of intensifying production management，standardizing operations behavior，carrying out technical innovation as well as draughing and implementing preventive measures.

billet longitudinal corner crack breakout analysis

:2012—1—10