普碳钢小方坯连铸漏钢分析及相关控制措施

【摘要】针对新兴铸管新疆公司炼钢小方坯连铸机漏钢事故，从设备、工艺、操作等各方面进行了认真分析，制定了一系列的措施，取得了不错的效果。

【关键词】普碳钢；小方坯；漏钢

一、前言

新兴铸管新疆公司现有小方坯连铸机一台。自2011年底投产以来，溢漏率始终居高不下，严重制约了连铸机产能的发挥，且对铸坯质量产生了较大的影响，最高时溢漏率达到1%以上。针对这一情况，从2013年初开始进行漏钢的攻关，提出了一些措施，并取得了较好的效果。

二、工艺及设备现状

新兴铸管新疆公司现有160mm×160mm8机8流小方坯连铸机一台，建于2011年，采用快换式定径水口加浸入式水口保护浇铸、结晶器液面自动控制、保护渣等浇注方式。目前，主要生产的钢种有Q195，Q235，HPB300，HRB400E，HRB500E等，连铸机的主要工艺参数如下：

弧形半径：10m；工作拉速：1.8～2.5m/min

结晶器：窄水缝导流水套结晶器，水缝4mm，长900mm

振动：短臂四连杆，振幅±3.5mm，振频175～240次/min，正弦。

三、事故概况

2012年共发生漏钢818次，操作漏钢245次（含开浇漏钢、更换套管等）约占30%，工艺性漏钢558次（含结壳和角裂漏钢等）约占68%，其中角裂漏钢占60%，其他为设备原因等共15次。操作漏钢通过制定标准化操作等方法可以得到控制。难点在于控制角裂漏钢，角部漏钢多发生在结晶器出口处200mm以内，漏钢位置的坯壳存在凹陷纵裂，在角部30mm以内，漏钢长度100～500mm。

四、角部纵裂产生的机理

纵裂是指铸坯沿拉坯方向产生的裂纹，靠近角部的裂纹称为角部纵裂，发生纵裂的是由于初生坯壳厚度不均匀，在坯壳薄的地方应力集中，当应力超过其抗拉强度时产生裂纹。

结晶器中的坯壳中间部位是一维传热，气隙形成较晚，同时坯壳中心部位在整个结晶器长度内冷却强度始终较高，出结晶器时坯壳较厚（15mm～20mm），该处较少出现裂纹漏钢。而弯月面以下结晶器角部是二维传热，冷却强度较强；角部和中心直接的过度部位，既不是二维传热，也不会因为钢水的静压力作用而靠近结晶器壁，故冷却强度最弱，坯壳最薄，出结晶器后，在钢水的静压力和热应力作用下最容易形成裂纹，当裂纹较深时即会造成漏钢。如图1。

通过分析和现场观察可知，角部纵裂漏钢的发生主要受钢种、钢水温度和拉速、保护渣质量、结晶器形状和操作等因素影响。普碳钢Mn/S≤15时，发生角部纵裂漏钢的可能性明显增加。而当浇铸时钢水过热度过高、温度和拉速不一致、拉速增大、保护渣设计不合理和加入不匀、结晶器锥度不合要求、中间包水口偏向一侧时，均有可能导致角度裂纹漏钢的发生。

我厂现生产的钢种中，低合金钢坯壳强度高，出结晶器口处坯壳厚（约15mm），足以支撑钢水静压力，纵裂一般不会延续到铸坯表面形成凹陷。但普碳钢因出结晶器坯壳强度弱且薄，内部角裂容易扩展到表面形成凹陷，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30mm以内，出结晶器下口200mm范围内，漏钢坯壳内部呈折皱状。

五、几个主要影响因素

1.结晶器铜管的因素 我厂由于只有一台连铸机、两条轧钢线，生产螺纹钢及盘条，钢种更换频繁，生产完低合金钢后，再生产普碳钢时或结晶器铜管使用到3000t以上时，由于结晶器铜管内部磨损严重，锥度不能很好的满足坯壳成长需要，漏钢事故会有所增加。因普碳钢冷却收缩率较大，生产普碳钢和低合金钢对铜管的锥度要求也不同。此外，工段管理要求不高且维修工责任心不强，安装铜管时精度低，四面水缝不均，也是造成漏钢的一个重要原因。

2.结晶器冷却水的因素 生产前期，因结晶器水流量不足造成结晶器铜管过烧现象较为普遍，同时因一次冷却强度低也会使新生坯壳较薄，易发生漏钢。但过大的冷却强度会加大坯壳的不均匀性，通过计算，得出结晶器水量在135m3，流速大约12m/s，进出水温差有6～7℃时；坯壳厚度能够满足要求并且对减少角裂漏钢效果较为明显。此外，我厂所用结晶器软水硬度较高，铜管有结构现象，通过加药、换水等措施，水质已大为改善。

3.钢水过热度的因素 通过统计，我厂钢水过热度较高，一般都在30℃以上，钢水过热度高，会造成柱状晶发达，裂纹容易扩展，且易出现“搭桥”现象，同时过热度高会造成出结晶器坯壳薄，容易产生漏钢现象，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%。通过重新计算过程温降，得出生产普碳钢时从转炉出钢到连铸中包，过程温降大约在80～90℃，重新规定了转炉出钢温度，将中包过热度控制在20～30℃。

4.中包工操作因素 我厂中包水口套管采用的是石英质的，使用时间较短，更换频繁，且部分中包工在更换中包水口套管时，结晶器液面控制选择自动控制，液面波动很大，很容易造成卷渣或者破坏弯月面处新生成的坯壳，从而造成漏钢。这一漏钢往往发生在套管更换后1分钟时间内。

5.钢水成分的影响 S、P是钢中裂纹敏感元素，当钢中S含量高时，形成FeS（熔点989），分布在晶界，引起晶间脆性，成为裂纹扩展的路径。而Mn/S>15时，生成的MnS（熔点1600），以棒状形式分散在奥氏体基体中，而不易形成裂纹。因此必须控制钢水中硫、磷含量并提高Mn/S。

六、防范措施

1.与公司总调协调，合理安排不同钢种的生产计划，普碳钢和低合金钢尽量不使用同一批结晶器生产，或生产普碳钢前对结晶器过钢量大于1500t及磨损严重的进行更换。2.加强结晶器维修质量的管理，控制水缝误差在±0.2mm。3.降低转炉出钢温度，确保中包过热度在25℃以内。4.根据生产的钢种及结晶器磨损情况，合理调整结晶器水量。5.中包水口套管改为铝碳质，并规范职工操作，要求更换套管时改为手动操作拉速，减少操作事故。6.转炉加强脱硫工艺控制，在铁水S高时，适当提高钢水Mn，确保Mn/S>15。

七、小结

在连铸生产中，漏钢是危害很大的事故，轻则影响铸坯质量，造成废品，重则影响连铸机作业率，损坏设备，威胁操作人员人身安全。我厂根据一年多以来的生产实践，从工艺、设备、人员操作等方面进行了摸索，极大的减少了漏钢事故的发生，溢漏率由原来的1%，降到了0.3%以下，为公司降本增效及产能提高做出了贡献。

参考文献

[1]李博知，尹国才.连铸小方坯角部纵裂成因分析

[2]徐志洋，姜红军.小方坯连铸机漏钢事故分析及防止措施

[3]李德成.最新连铸生产新工艺要点500问与精炼操作技术及连铸坯质量缺陷防范实用手册