矩形坯非連續(xù)性脫方問題研究

毛偉龍，馮振亮，李善陽(yáng)

（日照鋼鐵控股集團(tuán)有限公司，山東 日照 276800）

0 引言

日照鋼鐵控股集團(tuán)有限公司（全文簡(jiǎn)稱“日鋼”）第一煉鋼廠H 型鋼生產(chǎn)線主要生產(chǎn)小型鋼材。為保證軋制質(zhì)量，要求矩形坯橫截面對(duì)角線之差≤9 mm，該指標(biāo)超標(biāo)時(shí)，H 型鋼在軋制過程中會(huì)出現(xiàn)扭曲等軋廢問題。

近期H 型鋼生產(chǎn)線出現(xiàn)了脫方事故，并且呈非連續(xù)性出現(xiàn)，生產(chǎn)過程中采取降速措施降低脫方量。該問題對(duì)生產(chǎn)節(jié)奏及H 型鋼的生產(chǎn)造成了較大影響，鑄坯非連續(xù)性脫方出現(xiàn)呈現(xiàn)非連續(xù)性、無規(guī)律性，致使脫方原因難以發(fā)現(xiàn)，成為限制矩形坯連鑄機(jī)產(chǎn)能釋放的一大難題。

1 連鑄機(jī)工藝參數(shù)

日鋼H 型鋼生產(chǎn)線1 號(hào)連鑄機(jī)于2003 年8 月投產(chǎn)（三機(jī)三流），2006 年改造為五機(jī)五流，采用快換式定徑水口控制、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，具體的工藝參數(shù)如表1 所示。

表1 連鑄機(jī)工藝參數(shù)

2 脫方機(jī)理

脫方是鑄坯常見的缺陷之一。鑄坯脫方成因在于鑄坯坯殼在結(jié)晶器內(nèi)的冷卻不均勻，引起坯殼的線收縮量不同，造成脫方，即脫方的根源在于結(jié)晶器。出結(jié)晶器后，二冷區(qū)冷卻不均勻會(huì)使脫方的程度加劇，使冷卻較強(qiáng)的部分形成銳角，冷卻較弱的部分形成鈍角。

對(duì)H 型鋼而言，鑄坯脫方量較大，會(huì)造成粗軋過程中出現(xiàn)扭曲、軋偏等現(xiàn)象，造成廢品。

3 非連續(xù)性脫方成因分析

3.1 非連續(xù)性脫方跟蹤數(shù)據(jù)

對(duì)1 號(hào)連鑄機(jī)2022 年5 月份的鑄坯進(jìn)行跟蹤，因脫方造成的廢品率為0.98%，而4 月份因脫方判廢發(fā)生率為0；同時(shí)對(duì)鑄坯脫方量跟蹤發(fā)現(xiàn)，同一支鑄坯兩頭脫方量差別較大，并且呈非連續(xù)性出現(xiàn)。表2是對(duì)一流20 支鑄坯前頭和后頭脫方量（對(duì)角線之差）的跟蹤數(shù)據(jù)（拉速不變）。

表2 脫方量對(duì)比

跟蹤數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：個(gè)別鑄坯前頭和后頭的脫方量差別較大；鑄坯脫方量偶爾有超標(biāo)現(xiàn)象，并且為非連續(xù)性出現(xiàn)。

3.2 鋼水成分w（S）對(duì)非連續(xù)性脫方的影響

鋼水成分是影響鑄坯收縮率、傳熱系數(shù)的主要因素之一。鋼水w（C）在0.10%時(shí)容易造成脫方[1]，而鋼中硫含量會(huì)促進(jìn)鋼的熱傳遞[2]，從而影響結(jié)晶器內(nèi)坯殼的線收縮量，最終造成脫方。實(shí)踐證明，鋼中w（S）大于0.030%時(shí)，鑄坯脫方量（斷面對(duì)角線之差）明顯增加，如圖1 所示。

圖1 脫方量與鋼中S 含量的關(guān)系

日鋼第一煉鋼廠實(shí)現(xiàn)了高效連鑄的生產(chǎn)模式，節(jié)奏快是主要的特色之一。第一煉鋼廠1 號(hào)連鑄機(jī)采用非精煉流程，由于受生產(chǎn)節(jié)奏的影響，不能保證每爐吹氬處理達(dá)到工藝要求，這導(dǎo)致鋼水成分不均勻。當(dāng)鋼中w（S）大于0.030%時(shí)，吹氬不到位，導(dǎo)致鋼水中S含量不均勻，在結(jié)晶器內(nèi)形成坯殼后，由于各面的w（S）不同，導(dǎo)致熱傳遞出現(xiàn)偏差，即鑄坯四個(gè)面冷卻不均勻，坯殼的線收縮量出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致脫方。由于鋼中成分w（S）的不均勻性，脫方的出現(xiàn)呈非連續(xù)性。

3.3 結(jié)晶器水管道結(jié)垢對(duì)非連續(xù)性脫方的影響

日鋼1 號(hào)連鑄機(jī)自2003 年投產(chǎn)以來，以高效生產(chǎn)模式組織生產(chǎn)，現(xiàn)作業(yè)率約92%，檢修時(shí)間偏少，造成管道結(jié)垢嚴(yán)重，曾發(fā)現(xiàn)結(jié)晶器水縫中結(jié)垢物直徑約為5 mm。

結(jié)垢物隨冷卻水進(jìn)入結(jié)晶器水縫中，當(dāng)結(jié)垢物偏大時(shí)，結(jié)晶器個(gè)別部位會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)堵塞現(xiàn)象，致使結(jié)晶器冷卻水出現(xiàn)間歇性沸騰，導(dǎo)致個(gè)別部位冷卻偏差，坯殼線收縮量降低，造成脫方。由于結(jié)晶器水的堵塞或間歇性沸騰是瞬時(shí)的，造成鑄坯脫方的情況也時(shí)有時(shí)無，呈現(xiàn)出脫方的非連續(xù)性。

3.4 偏擺量對(duì)非連續(xù)性脫方的影響

結(jié)晶器是連鑄機(jī)的“心臟”，若結(jié)晶器內(nèi)坯殼與銅管間的氣隙大小不一，容易造成冷卻不均，坯殼厚度不同，導(dǎo)致脫方的出現(xiàn)。由于連鑄機(jī)作業(yè)率高、檢修時(shí)間短，振動(dòng)支撐梁腐蝕嚴(yán)重，使結(jié)晶器出現(xiàn)間歇性共振現(xiàn)象。結(jié)晶器偏擺量出現(xiàn)無規(guī)律波動(dòng)，個(gè)別流次最大瞬時(shí)偏擺量為0.4 mm，超出了規(guī)定的0.2 mm。

由于結(jié)晶器的偏擺增大，形成鑄坯坯殼后，坯殼與結(jié)晶器銅管間的氣隙不均勻，冷卻不均勻，致使坯殼的線收縮量不同，最終造成脫方。由于偏擺量呈非連續(xù)性，造成鑄坯出現(xiàn)非連續(xù)性脫方。

4 改進(jìn)措施及效果

4.1 改進(jìn)措施

1）針對(duì)脫方量（斷面對(duì)角線之差）在15 mm 以下的鑄坯，提高熱送率，可減少由于非連續(xù)性脫方造成的軋廢，對(duì)脫方量超標(biāo)的20 鋼坯全部熱送跟蹤發(fā)現(xiàn)，鑄坯軋廢率為0。

2）為了杜絕硫含量對(duì)脫方量的影響，生產(chǎn)過程中一般將w（S）控制在0.030%以下，采取了高硫降速、高硫進(jìn)精煉脫硫的處理方式，從而減少了鑄坯脫方量，脫方情況統(tǒng)計(jì)情況表3 所示。

表3 脫方統(tǒng)計(jì)表

3）保證生產(chǎn)節(jié)奏，延長(zhǎng)爐后處理時(shí)間，保證鋼水成分、溫度的均勻性，使坯殼的傳熱一致。

4）為減輕設(shè)備老化造成的結(jié)垢現(xiàn)象，利用更換結(jié)晶器時(shí)間，延長(zhǎng)對(duì)結(jié)晶器管道的沖洗時(shí)間，盡量沖掉管道內(nèi)靜止后存留的結(jié)垢物，有效地減輕了非連續(xù)性脫方問題的出現(xiàn)；定期對(duì)結(jié)晶器管道進(jìn)行更換，減少管道結(jié)垢的影響。

5）對(duì)支撐梁進(jìn)行找平、加固處理后（大修時(shí)對(duì)大梁進(jìn)行更換），共振現(xiàn)象消失，有效控制了非連續(xù)性脫方的出現(xiàn)。

6）保證二冷水的冷卻，降低由于二冷不均勻造成的脫方量增大的現(xiàn)象。

4.2 改進(jìn)效果

通過以上改進(jìn)措施，自2023 年1 月份大修后，以及對(duì)振動(dòng)梁、管道等進(jìn)行更換后，現(xiàn)鑄坯脫方判廢率為0。

5 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，本次矩形坯非連續(xù)性脫方事故主要原因是：鋼水成分w（S）偏高且不均勻、結(jié)晶器水管道結(jié)垢、結(jié)晶器共振，這三個(gè)因素造成鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)的冷卻不均勻，并且呈現(xiàn)非連續(xù)性。通過采取相應(yīng)的控制措施，有效地控制了鑄坯非連續(xù)性脫方問題。