漢鋼1 號連鑄機脫方原因分析及控制措施探討

段少平， 胡 亮， 楊 魁

（1.陜鋼集團漢中鋼鐵有限責任公司， 陜西 勉縣 724200；2.陜西鋼鐵集團有限公司， 陜西 西安 710018）

漢鋼1 號連鑄機是用于生產小方坯（150 mm×150 mm）的八機八流弧形連鑄機，目前主要生產普碳鋼和低合金鋼，該連鑄機自2012 年2 月投產以來，大面積脫方問題日漸凸顯，伴隨著產量的增加，連鑄脫方廢品量激增，給企業造成了嚴重的經濟損失。針對脫方問題，煉鋼廠成立攻關小組，對1 號連鑄機的脫方問題進行了深入分析和實踐，逐步掌握了產生大面積脫方的原因，并有效解決了脫方問題。

1 連鑄機主要設備參數

漢鋼1 號連鑄機是由中冶連鑄生產的八機八流弧形連鑄機，具有生產150～200 mm 的方坯及Ф210 mm 圓坯的生產能力，目前主要用于生產斷面為150 mm×150 mm 的小方坯，該連鑄機具體設備參數如表1 所示。

表1 連鑄機主要參數

2 產生脫方的原因分析及整改措施

根據經典理論，脫方產生的主要原因有兩點：脫方最早產生于結晶器彎月面以下約50 mm 范圍，由于結晶器四個面冷卻不均以及間歇沸騰，導致四個面上的初生坯殼厚度不同，出結晶器后，二冷室噴淋管將脫方問題擴大化[3，5]；二冷室噴淋管的冷卻不均，冷卻強的兩個相鄰面形成銳角，冷卻弱的兩個相鄰面形成鈍角。另外脫方產生的原因還包括拉速控制、拉矯設備、中間包對中、鋼水成分等因素。

因此攻關小組決定采用逐一排除法對1 號連鑄機的多個項目進行排查和整改。

2.1 結晶器的檢查

漢鋼1 號連鑄機結晶器的具體參數如表2 所示。結晶器的檢查主要從銅管的倒錐度、結晶器水縫、冷卻水質這幾個方面進行。

表2 結晶器主要參數

2.1.1 銅管倒錐度調整

生產初期，將結晶器銅管平均倒錐度設定為1.20%～1.25%，倒錐度過小會導致結晶器內部初生坯殼與銅管壁間的縫隙過大，由于結晶器中心線與拉矯機中心線不可能完全對中，導致初生坯殼離銅管四個壁的間隙差距較大，從而導致冷卻不均加劇。因此，選定合適的倒錐度能有效減少初生坯殼與銅管四個壁之間的距離，提高傳熱效率，降低脫方的產生。通過不斷摸索，最終將倒錐度設定為1.30%±0.05%，脫方問題得到有效改善。

2.1.2 結晶器銅管倒角半徑控制

由于結晶器銅管角部的冷卻屬于二維冷卻，因此對于初生坯殼來說，角部最先實現與銅管壁的分離，分離后冷卻強度減弱，容易導致角部坯殼厚度變薄，因此，需要加大結晶器銅管的角部倒錐度，以減小角部坯殼與銅管的間隙，使銅管角部與坯殼角部收縮量更為接近。為增加銅管角部倒錐度，通過摸索后確定將銅管角部倒角半徑由6 mm 增加至8 mm，增大了銅管角部倒錐度，進一步提高了冷卻效率。

2.1.3 結晶器水縫控制

1 號連鑄機結晶器水縫寬度為4.0 mm±0.2 mm，在更換結晶器銅管的過程中發現部分結晶器四個面的水縫寬度偏差較大，最嚴重時相對兩個面之差能夠達到4 mm，并且還發現有銅管和水套不對正的現象，具體如圖1 所示。

圖1 結晶器銅管和水套不對正示意圖

結晶器水縫寬度均勻，能保證生產過程中的銅管四個面有足夠且均勻的冷卻強度，水縫中的高速水流才能更有效地將鋼水傳遞到銅管壁的熱量帶走，從而進一步保證初生坯殼有均勻的厚度和強度。結晶器上支撐板和下法蘭的尺寸和正確的安裝方法是防止銅管與水套之間出現不對正現象的關鍵因素。

針對結晶器銅管安裝和使用時出現的上述問題，攻關小組對銅管安裝維修制定了如下標準化程序：新到貨銅管安裝時，必須逐根檢查倒錐度，并將信息記錄在結晶器維修卡上，以便對倒錐度進行及時跟蹤；更換結晶器銅管時，要及時更換掉損壞或者已變形的結晶器上支撐板和下法蘭，新更換的結晶器上支撐板和下法蘭必須與圖紙進行確認，以保證其尺寸滿足圖紙要求；銅管安裝過程中要嚴格保證四個面的水縫均勻性，對損壞的密封圈及時更換，防止竄水的情況出現；磨損嚴重的銅管必須及時下線，以防止倒錐度變化導致脫方和其他產品缺陷。

通過上述措施，保證了結晶器的穩定、高效運行，將在結晶器內部產生脫方的幾率降到最低水平。

2.1.4 結晶器水質檢查

結晶器冷卻水必須為軟水，對水質要求較為嚴格，主要監控指標有：總硬度（碳酸鹽）≤1 000 mg/L，懸浮物質量含量≤50 mg/L，pH 值在7～9 范圍之間。嚴格控制結晶器冷卻水質對于提高結晶器銅管傳熱效率和提高銅管壽命具有重要意義。

因此，攻關小組采取定期抽查結晶器水質的措施，嚴格控制各項指標，防止結晶器銅管外壁出現結垢而影響銅管傳熱效率，同時采取及時清理結晶器冷卻水過濾網的措施，有效解決了結晶器冷卻水在循環過程中帶入的大塊雜質進入結晶器堵塞水縫而產生竄水的問題。

2.1.5 結晶器水流量及壓力檢查

嚴格控制結晶器進出水溫差≤10 ℃（最佳范圍在4～6 ℃），流速控制在8～12 m/s。在澆鋼過程中，結晶器彎月面區域熱流密度最高，隨后逐漸下降，彎月面銅管熱面溫度可達到250～350 ℃，銅板冷面溫度＞100 ℃[1]。當結晶器銅板冷面溫度超過100 ℃時，結晶器水縫處產生核態沸騰，水氣泡附著在銅壁上，增加熱阻，降低熱量導出。合理控制流量和壓力可以有效控制結晶器水的間歇性沸騰，防止脫方發生，同時也能有效防止銅管出現過燒現象，保證生產安全順行。

2.2 二冷區域的檢查

二冷室噴淋管的檢查對于正常生產尤為重要，二冷區的不均勻冷卻，會使鑄坯局部區域強冷，特別是角部區域，這就加劇了鑄坯的進一步變形。導致二冷區冷卻不均勻的主要因素主要有兩點：一是二冷室噴淋管在安裝時沒有按照要求嚴格對中，特別是零段和一段；二是二冷區域冷卻水質差導致噴淋管堵塞，從而引起冷卻不均。通過嚴格控制檢修操作和水質，使以上兩點問題得到了較好的解決。

2.3 鋼水過熱度及拉速的控制

嚴格控制鋼水過熱度，對于保證鑄坯質量以及生產順行具有重要意義。鋼水過熱度偏高會導致出結晶器坯殼變薄，造成漏鋼等事故，同時漏鋼會導致二冷室噴淋管堵塞，進一步造成出噴淋管四個面冷卻不均而引起脫方的產生。由于漢鋼投產時間較短，轉爐鋼水溫度控制水平不太穩定，導致中間包鋼水過熱度無法嚴格按照工藝要求進行控制，在不斷開展技能和專業知識培訓后，上述情況得到好轉。

攻關小組為了保證生產的穩定，針對不同溫度制定了不同的拉速控制參數，具體如下頁表3 所示。

表3 不同鋼種中包溫度及拉速控制參數

2.4 鋼水化學成分的控制

將鋼水中的碳、磷、硫的成分嚴格控制在合理的范圍內，能有效緩解減緩脫方。

1）鋼中w（C）。當w（C）＞0.2%時最容易脫方，由于鋼在此w（C）下，結晶器的熱導出偏高、鋼的凝固區間偏短，二者的共同影響使得該w（C）下的鋼易發脫方。

2）鋼中w（P）。鋼中磷含量高時可以減小坯殼在結晶器內的有效厚度，使彎月面以下20～50 mm 處的熱流增加，易產生間歇沸騰，也就容易發生脫方。

3）鋼中w（S）。鋼中w（S）＜0.025%，m（Mn）/m（S）＞30 時，可有利于減緩脫方[2]。

2.5 其他設備保障

2.5.1 結晶器振動

結晶器振動不平穩、偏振、液面起伏過大，都會使鑄坯在結晶器內受力不均勻，增加鑄坯與結晶器銅壁之間氣隙的不均勻程度，導致不均勻傳熱，加劇坯殼厚度的不均勻性，加劇脫方。攻關小組通過對1 號連鑄機8 個流進行檢查，發現Ⅲ流、Ⅳ流、Ⅷ流振動過程中，存在輕微偏離振動中心線的問題，通過對上述3 個流的結晶器進行對中處理，解決了偏振問題。

2.5.2 二冷室導向段維護

導向段磨損嚴重及變形會導致鑄坯偏離弧線，使鑄坯與銅管之間受力不均勻，從而致使坯殼與銅管之間的氣隙不均勻，造成局部傳熱不均勻，加劇脫方。另外，若結晶器和二冷段不對中，噴嘴有堵塞、脫落或噴嘴設計不當，也將加劇脫方程度。停機時檢查導向輥的磨損情況，清理導向輥殘鋼，以保證導向輥能夠正常轉動，檢查導向輥的平行度，對不符合標準的及時校正或者進行更換。

2.5.3 拉矯機壓力轉變

拉矯機壓力過大，會造成鑄坯受力過大產生形變，壓力過小又會導致鑄坯打滑，因此需要選擇合適的拉矯輥壓力。攻關小組通過摸索和實驗，最終確定將拉矯機壓力由原來的1.35 MPa 降低為1.27 MPa，同時加強了對拉矯輥水平度的檢查，杜絕了因拉矯機原因產生脫方的情況發生。

2.5.4 中包車改造

漢鋼1 號連鑄機是八機八流連鑄機，中間包為一體式中間包，全包長度為11 m，空包重40 t，盛滿鋼水后重78 t，當中間包放置在中包車上時只有兩端的兩個支撐點支撐整個中包的重量，加上中包的自重，使用一段時間后中間包發生形變（兩端上翹，中部下墜），使中包的八個流成放射狀，無法實現鋼流與結晶器的準確對中，形成偏流，加劇了坯殼的不均勻生長，因此需要對中間包及中包車進行改造。攻關小組首先對變形嚴重的中間包底板進行了更換，同時對中包鋼結構進行強化加固，并將中間包車高度降低200 mm，從而緩解偏流和沖刷問題。

3 結語

脫方的產生是由于多種因素共同影響的結果，單一的針對某一環節進行整改有時并不能有效解決脫方問題，必須進行逐一排查和針對性解決，以防多種因素的積累導致大面積脫方的產生。煉鋼廠脫方攻關小組針對1 號連鑄機的脫方問題，采取了一系列的整改措施，最終將脫方廢品由原來的每月最高2 992 t，減少到每月19.79 t，月鑄坯合格率由86.90%上升并保持在99.93%，為漢鋼煉鋼廠連鑄機的達產達效做出了貢獻。