钢水可浇性引起连铸机非计划断浇原因分析

钢水可浇性引起连铸机非计划断浇原因分析
孙毅杰;刘晓峰;高祝兵;张杰新
【摘要】本文通过对重钢炼钢厂因钢水可浇性原因导致的连铸机非计划断浇事故
进行分析,找出了引起此类生产事故的原因,并采取了一些预防措施,生产实践效果较好.
【期刊名称】《四川冶金》
【年(卷),期】2010(032)006
【总页数】5页(P38-42)
【关键词】可浇性;堵塞;侵蚀;非计划断浇;预防措施
【作者】孙毅杰;刘晓峰;高祝兵;张杰新
【作者单位】重庆钢铁股份公司炼钢厂,重庆,400084;重庆钢铁股份公司炼钢厂,重庆,400084;重庆钢铁股份公司炼钢厂,重庆,400084;重庆钢铁股份公司炼钢厂,重庆,400084
【正文语种】中文
钢水可浇性不良一直是困扰连铸机正常连续生产的难题。

钢水可浇性不良不仅会影响铸坯表面质量、内部质量和连铸机正常浇注,而且严重的会导致铸机非计划断浇
或提前换包,影响炼钢厂的生产组织管理,给企业造成严重的经济损失,增加生产成本。

本文通过对重庆钢铁股份公司炼钢厂 (以下简称重钢)因钢水可浇性原因导致的连铸机非计划断浇事故进行分析,找出了引起此类生产事故的原因,并采取了一些预防措施,生产实践效果较好。

2009年8月至 2009年12月,重钢发生由于钢水可浇性原因导致的连铸机非计划断浇事故 9次(具体分类见表 1),其中因中间包钢水温度低导致中间包水口堵塞 2次,钢包水口堵塞 (大包钢流跟不上)1次,塞棒头部与中间包上水口碗部之间堵塞1次,中间包水口夹杂物堵塞 3次,塞棒侵蚀严重 1次,保护浇注不良导致夹杂物堵塞 1次。

从表 1可见,由于钢水可浇性原因造成连铸机非计划断浇事故中,多为堵塞原因造成,占整个事故比例的 88.9%,其中中间包水口堵塞和低温原因的比例相对较高,分别为33.3%和 22.2%。

其它原因各为 1次,占比例 11.1%。

为了保证铸坯的质量和连铸操作的正常进行,必须控制合适而稳定的浇注温度[1]。

钢水低过热度控制有利于提高铸坯质量和连铸机的高效率生产,但过热度太小,钢水粘度增加,夹杂物不易上浮,流动性变差,易使水口发生堵塞甚至冻结 (水口堵塞物见图 1),使铸机不能顺利浇注,造成铸机非计划断浇。

造成钢水过热度低于规定值的原因主要有:
①人为原因造成铸机开浇前钢水温度控制偏低。

②钢水吹氩不良,导致钢水在钢包内出现温度分层或钢包顶渣未完全熔化。

在浇注过程中,顶渣不断吸热,降低了钢包钢水温度。

③钢包或中间包尚未“热透”,造成浇注过程中钢包和中间包钢水温降过大。

④钢包、中间包渣面保温未做好或浇注过程中钢包未加盖保温。

⑤铸机拉速低于规定拉速,浇注时间延长,中间包钢水温度低。

连铸机按照正常的铸温铸速浇注中,钢包滑动水口处于全开状态,中间包钢水液面不断下落,钢水从钢包流出速度跟不上铸机的设定拉速,即通常所说的“钢包钢流跟不上”。

“钢包钢流跟不上”主要原因是由于钢包上水口被夹杂物堵塞所致。

这种堵塞来自钢包中钢水脱氧形成的大尺寸网状夹杂物的沉积,同时还发现,由于较低的合金成份
含量,非金属杂质的网状结构中金属的熔化温度在某种程度上高于其周围熔液的温
度[2]。

钢包上水口堵塞干扰了钢水从钢包中正常流出,这种堵塞现象在大多数情况
下会很快导致水口孔的全部堵塞,使连铸机浇注中断。

彭平等[3]对钙处理高碳钢堵塞物形貌进行过低倍分析,认为瘤样 (堵塞物)分两个不
同区域,在上水口沿着边部的深色带,为结瘤区域,瘤样中部为注流凝固区域,边缘结瘤区最大宽度为 30 mm。

经过电子探针扫描分析认为该堵塞物为高熔点(1700℃左右)的钙铝酸盐CaO·6Al2O3夹杂物。

魏春新等[4]认为硅镇静钢或含铝要求不高的钢种的水口沉积物主要是 SiO2、MnO2、FeO、Al2O3(少量)等,产生的原因是
Mn/Si较小,脱氧产物主要是S iO2以固体形态析出,恶化钢水流动性,使水口直径变细,水口局部钢水温度下降,导致完全堵塞。

铝镇静钢或含 Al较高钢种的水口沉积物的主要组成是 S iO2、MnO、Fe2O3、Al2O3等 ,其中 Al203的来源大部分是钢
中浮游的脱氧产物。

中间包水口堵塞是最常见的可浇性问题,很多炼钢工作者对其都有深入的研究[5]-[7]。

从水口堵塞形态来看,水口堵塞的沉积物分为 3层 (见图 2),即耐火材料脱碳层、致密夹杂层、蓬松钢渣混合层。

耐火材料脱碳层是钢水中的物质和耐火材料间以及耐火材料中的物质间在高温下发生了化学反应形成;致密夹杂层是化学反应形成或
钢水中自带的以Al2O3为主夹杂物沉积在粗糙水口表面壁形成;蓬松钢渣混合层是钢液速度分流附着夹杂物和钢珠形成的,此层加剧水口堵塞。

水口堵塞是由于钢水中高熔点的化合物 Al2O3(熔点2020℃)、CaS(熔点2450℃)或Al2O3·MgO等粘附在水库内壁上造成的[8]。

Al2O3的来源为:①钢水中悬浮的Al2O3,它是堵塞物中 Al2O3的主要来源。

②扩散浸入到耐火材料中的氧气与钢水中的铝反应生成 Al2O3。

③水口材料与钢水反应生成Al2O3。

水口材料与钢水反
应生成 Al2O3的反应层较薄,远不能达到堵塞水口的厚度,对水口堵塞有间接影响。

CaS的主要来源为钢水加钙处理时,由于钙与氧的亲和力大于硫,钢中的 [S]与 [Ca]
发生化学反应生成 CaS。

特别是当钢水硫含量高,铝含量也高时,难免 CaS和
Al2O3的生成。

当钢液中的夹杂物与铝碳质塞棒及水口接触时,会粘附沉积在塞棒头部与中间包水
口座砖碗部之间的耐材表面上,导致塞棒端头与水口之间距离变小,而迫使塞棒向上
移动,表现为塞棒开口度上涨,即夹杂物沉积引起“垫棒”。

在浇钢过程中塞棒头部与中间包上水口碗部区域形成一定的负压区,钢水中的夹杂
物受此作用会附着粘结在塞棒头部与中间包上水口碗部区域 (见图 3)。

出现“垫棒”现象后,表现为塞棒控流困难,结晶器钢水液面不稳定。

通常采取从中间包水口下朝
上烧氧熔化沉积夹杂物或不断抬压塞棒瓦解沉积夹杂物,使夹杂物被迫脱落。

由于钢水洁净度原因,“垫棒”和水口堵塞往往伴随发生。

当塞棒或水口发生侵蚀时塞棒会向下移动,表现为塞棒开口度下降。

塞棒塞头侵蚀
严重或不均匀侵蚀,会严重影响塞棒的控流效果。

目前我厂中间包塞棒侵蚀严重主要是由于塞棒头部侵蚀严重或掉块 (掉头)问题。

塞棒严重侵蚀实物形貌 (见图 4)。

分析原因主要有以下几种:
①石墨的氧化[9]。

材料中石墨的氧化在材料的侵蚀过程中是一个很重要的过程。

钢液中[O]含量对材料中的石墨有氧化作用,而其含量直接决定石墨的氧化速度。

当材料表面的石墨被氧化后,塞棒中的其他氧化物骨料颗粒直接与钢水或渣液接触,使
得骨料与钢液和渣液中的氧化物反应,形成低融物,从而被逐步融蚀。

②钢水的钙处理。

我厂中间包塞棒及水口的材质为铝碳质耐火材料,钢液中的[Ca]
会与耐材表面的 Al2O3反应生成低熔点12CaO·7 Al2O3,导致塞棒及水口不断被
侵蚀。

当塞棒烘烤抽风超时时,塞棒表面会发生氧化和裂纹,在钢水冲刷及[Ca]侵蚀
作用下,塞棒的侵蚀加快。

③浇钢时塞棒头部的负压作用。

在浇钢过程中塞棒头与中间包水口座砖的碗部区域形成一定的负压区,在钢水快速注入水口的过程中材质强度低或颗粒组织不均匀,极
易造成局部的剥落。

④粘结作用。

在浇钢过程中发生粘结时,塞棒突然关闭,对塞棒头产生很大的负作用,棒头可能局部掉块,或与水口碗部钢液粘结吸附部分夹杂物,当恢复拉速后,钢水冲刷带走这部分夹杂物,造成塞棒头部的局部剥落。

⑤结构剥落。

塞棒烘烤不好,很容易在热应力的作用下产生微裂纹,在浇钢过程中随
钢水的渗入和冲刷作用分离而剥落。

中间包钢液温度过低会引起钢水浇注变差,容易造成水口堵塞。

为杜绝事故发生,重
钢采取了以下预防措施:
①制定钢包热状况分级评判制度,严格按照制度分类钢包热状况。

保证钢包在线烘
烤时间≥8 min。

严格按照钢包热状况级别进行过程温度补偿控制。

②对于经直吹氩站路线钢种,除保证软吹氩时间≥3 min外,还应有 3～5 min的大
流量吹氩时间,保证钢包顶渣全部熔化和钢包内钢水温度均匀。

③对新钢包或退出周转时间较长的钢包,尽可能安排经 LF工艺路线,延长钢包蓄热
时间,以降低在浇注过程中的温度损失。

④严格按照工艺要求加入钢水保温剂和中间包钢水保温剂。

浇注过程钢包加盖,降
低钢水表面热辐射降温。

⑤保证中间包烘烤时间大于 90 min,保证中间包“烘透”。

⑥若钢包钢水温度较低时,应通过钢水进 LF升温推迟开浇时间,提高开浇成功率。

提高钢水的洁净度,降低钢水中的固体夹杂物总量,是降低夹杂物在浇注过程中发生
堵塞的有效途径。

重钢采取以下措施提高钢水的洁净度:
①转炉冶炼过程减少“点吹”次数,防止钢水过氧化,从源头减少钢水夹杂物生成量。

②处理好经直吹氩站路线钢水喂 Al线预脱氧、钢水浇注堵塞和铸坯发生“气泡”缺陷的关系,保证软吹氩时间≥3 min,尽量延长软吹氩时间≥5 min。

③做好挡渣出钢操作,防止大量氧化性炉渣进入钢包。

LF做好白渣精炼,使
(FeO)+(MnO)＜1%,减少钢包顶渣中的氧向钢液中传递。

④尽量做到钢水脱氧加铝适当,调铝应尽量提前进行,禁止在 LF钢水钙处理后调整
成分铝,避免大尺寸夹杂物在精炼后期形成。

⑤LF钙处理后的软吹氩时间≥8 min,保证钢水中夹杂物充分上浮去除。

⑥若钢包下水口、中间包长水口破裂时,由于钢包钢水不断下注,在水口内会形成“真空泵”抽气,使流经水口的钢水氧化,产生大量大颗粒夹杂物,恶化钢水可浇性。

因此,出现此种情况应尽快处理。

钢水中加入[Ca]可将脱氧产生的高熔点 (熔点2020℃)Al2O3夹杂物变成低熔点的铝酸钙,在炼钢温度下呈液态,可以迅速浮出钢液去除,避免水口堵塞现象。

铝镇静钢的加[Ca]量主要取决于钢液中 [Ca/Al]比值 ,当其值在 0.09%～0.13%时,
生成夹杂物主要是12CaO·7Al2O3(熔点1415℃),能极大地改善钢液的流动性,避
免水口堵塞,前提是钢水[S]≤0.015%,否则钙处理过程将生成高熔点的 CaS(熔点1723℃),同样会发生水口堵塞。

若加入钢水中的 [Ca]含量较高,必然造成钢液中的[Ca]会与耐火材料表面的[Al]发生化学反应加强,导致塞棒受钢液侵蚀加剧。

为此,重钢开发了分钢种钙处理技术,通过控制钢水中[Ca]的含量来解决钢水可浇性
问题。

钢水可浇性问题的解决是一个系统工程。

为因降低钢水可浇差引起生产事故发生率,在连铸浇注过程中出现得钢水可浇性问题应该做到早发现、早调整、早解决,避免
事故扩大化。

为此,重钢对出现的钢水可浇性问题,制定了一系列较完善的信息传递、确认、工艺调整措施,降低生产事故发生率。

通过采取以上措施,重钢炼钢厂因钢水可浇性问题大幅缓和,连铸过程基本顺行,因钢水可浇性导致的生产事故和钢种降级改判大幅度降低 (见图5)。

尽管如此,现实生
产中,因生产波动及控制不稳定等因素,仍然存在钢水可浇性差的现象。

由于钢水可浇性原因引起非计划断浇生产事故的主要原因有:钢水温度低、钢水洁
净度低导致的水口堵塞、“垫棒”和塞棒侵蚀导致的控流机构失灵等原因。

重钢炼钢厂通过采取针对性措施,钢水可浇性问题基本大幅缓和,连铸过程基本顺行。

尽管如此,现实生产中,因生产波动及控制不稳定等因素,仍然存在钢水可浇性差的现象,依然需要重视和努力解决。

【相关文献】
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