方坯连铸机漏钢原因分析及改进措施

摘要
关于钢厂方坯连铸机漏钢情况，分析了夹渣漏钢、粘结漏钢和角部裂纹漏钢的特点及机理。

产生各类漏钢的主要原因是保护渣的性能、结晶器的精度、钢水过热度、拉速及浸入式水口的对中、操作等因素。

通过采取相应的措施，铸机的漏钢率有明显的降低。

关键词：方坯连铸机、漏钢、粘结、夹渣、角部裂纹
1概述
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，危机操作人员安全。

近年来，随着连铸工艺技术的进步，漏钢事故得到了有效抑制，但仍不能完全避免。

在连铸日趋高效化的今天，要保障生产的顺利进行，提高连铸机作业率，就必须减少和控制漏钢次数。

唐钢漏钢事故较多，漏钢率达到了0．209％，严重影响生产的畅行，对漏钢的成因进行分析，并采取相应措施，从而控制了漏钢事故的发生。

2铸机参数及漏钢情况
2.1连铸机的主要工艺参数
唐钢二钢轧厂有两台四机四流、三台六机六流方坯连铸机，实际年产能力400万t，浇铸的断四种：150 mmX 150 mnl、165 mmX 165 Innl、165 InnlX225 nlITl、165 mmX280 nnTl，所生产的钢种主要有建筑用钢、低合金钢、硬线钢、轴承钢、焊接用钢等近100个品种。

铸机采用定径水口和塞棒控制两种，浸入式水口加保护渣进行保护浇铸。

2.1.1 漏钢情况
对该厂一年全年的漏钢情况分类统计，以夹渣漏钢、粘结漏钢和角部裂纹漏钢为主要漏钢类型，分别占漏钢总数的33．2％、26．5％和22％。

2.1.2夹渣漏钢、粘结漏钢和角部裂纹漏钢的原因分析
2.1.3夹渣漏钢特点及机理
第二钢轧厂方坯连铸机发生夹渣漏钢主要有以下特点。

1)漏钢处坯壳有一定的弧度，不像裂纹漏钢，有撕裂的感觉。

同时一般在漏钢后结晶器内没有残余坯壳。

2)夹渣漏钢主要是由于坯壳形成时夹带保护渣或大颗粒高熔点杂物导致传热减少，形成薄坯壳而漏钢。

方坯连铸时二次氧化产物、低碳钢冶炼时高粘性渣中不当的脱氧产物、结晶器中铝丝喷加不当造成氧化铝偏高、各种耐材脱落、浇铸过程中结晶器液位波动等，都会促使坯壳夹渣，抑制坯壳生长，造成漏钢。

3)绝大多数夹渣漏钢都是夹渣点刚刚出结晶器便发生漏钢。

2.2夹渣漏钢的原因
经过现场调查分析，发现铸机发生夹渣漏钢的主要原因有以下
几点。

1)结晶器振动。

结晶器振动是为了实现新生坯壳与结晶器铜管脱离，但当结晶器振动不够平稳，偏摆过大，就会将结晶器内钢液表面的渣子卷入钢水中，部分没能上浮的渣子就会随铸坯一起被拉出结晶器，当渣子靠近坯壳时就会造成传热过低，坯壳偏薄，无法承受钢水静压力，产生漏钢。

2)操作原因。

操作不当，造成结晶器液面波动过大，也会产生与结晶器振动不平稳相似的卷渣漏钢。

3)钢水纯净度不够。

钢水纯净度不够、钢水二次氧化，杂质聚集到一定程度，随钢流被卷到结晶器钢水深处，部分没能上浮的渣子就会随铸坯一起被拉出结晶器，当渣子靠近坯壳时就会造成传热过低，坯壳偏薄，无法承受钢水静压力，产生漏钢。

4)转炉、大包、中间包中脱落的耐材，不能及时上浮，也会造成夹渣漏钢。

3．粘结漏钢
在钢水浇铸过程中，结晶器弯月面的钢水处于异常活跃的状态，如果浇铸过程中流入结晶器与坯壳之间的液态渣被阻断，并且当结晶器铜板与初生坯壳摩擦力大于初生坯壳的强度时，初生坯壳被拉断，与铜板产生粘结。

这时被粘着的铸坯和向下拉的铸坯的界面凝固壳破裂，在破裂处流人钢液，重新形成新的很薄的坯壳。

在振动和滑动时该坯壳又被拉断，钢液补充后又形成另外一个新的薄坯壳。

这一过程反复进行，直到新坯壳达到结晶器出口后就会漏钢。

3.1粘结漏钢特点及机理
该厂连铸机发生粘结漏钢时主要有以下一些特点。

1)粘结漏钢的坯壳上部粘结在结晶器铜壁上，呈现上部坯壳厚、下部坯壳薄的特点。

2)粘结漏钢主要是由于拉速太高、改变拉速太快或坯壳与结晶器之间润滑不良引起的。

3)铸坯漏钢部位附近的振痕紊乱，甚至没有振痕，表面麻点较多。

3.1.1粘结漏钢的原因
经过现场调查分析，发现铸机发生粘结漏钢的主要原因如下。

1)保护渣的性能。

保护渣润滑性能不好是发生粘结漏钢的主要原因。

保护渣是根据所浇钢的成分设计的，如果浇铸温度过高(过热度超过40℃)或过低(过热度低于10℃)，保护渣的润滑效果就差，导致坯壳与铜板之间的摩擦增大，就有可能发生粘结。

同时液渣层的厚度也有重要影响，液渣层厚度在10,---15 ITlIn较理想。

2)结晶器振动。

结晶器有规律的往复振动，能够实现铸坯的负滑脱，防止结晶器铜管与坯壳粘结，获得较好的铸坯表面质量。

如果
结晶器振动不平稳(振动频率、振幅不合适)，初生坯壳所受的摩擦阻力增大，容易造成坯壳与结晶器铜管粘结，导致漏钢。

3)结晶器倒锥度。

在结晶器传热过程中，铸坯坯壳与结晶器铜管之间的气隙热阻最大，占结晶器传热中总热阻的70％"-'90％。

结晶器设计上大下小具有合适的倒锥度，可以减小下部气隙，改善传热效果。

经分析发现，如果倒锥度过大(大于1．2％／m)，将会增加结晶器铜管与坯壳之间的摩擦力，当阻力超过铸坯拉力和钢水静压力时，就会造成漏钢。

如果倒锥度过小(小于0．7％／m)，则会增大气隙热阻，不利于结晶器传热，坯壳过薄，当铸坯出结晶器下口时，坯壳无法承受钢水的静压力和拉矫机的拉力而产生漏钢。

4)钢水过热度。

当钢水温度过低(过热度低于10℃)时，会造成保护渣融化速度过慢，结晶器内液渣层过薄(不足10 ram)。

当拉速偏高时，保护渣的融化跟不上铸坯拉速，造成渣膜过薄甚至没有渣膜，增加坯壳与结晶器铜管之间气隙，降低传热效率，造成坯壳偏薄甚至与铜管壁直接粘结，而造成漏钢。

3.1.2角部裂纹漏钢
角部裂纹漏钢的特点和机理经统计分析，方坯角部裂纹漏钢主要有以下一些特点。

1)漏钢位置主要集中在距离内外弧面角部10～30 mm处，长度10，--100 mm不等。

2)漏钢部位多发生在扇形段位置，距离结晶器下口约100～400 mm。

3)漏钢的坯壳断面厚度不均，角部附近坯壳最薄只有5～10 mm，而中间最厚处可达到20 film左右。

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(15～20mm)，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，在钢水的静压力及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。

3.2角部纵裂漏钢的原因
通过对铸坯角部纵裂漏钢的分析及现场观察，发现其主要原因有以下几点。

1)钢种影响。

浇铸碳质量分数在0．08％～0．20％的碳钢从液相冷却到1 495℃左右时发生包晶反应(比较明显)。

发生该转变时，铸坯线收缩系数为9．8×10～／'c，而未发生包晶反应的线收缩系数为2×10_5／。

CE2l。

含碳量在上述区间时，发生包晶反应，线收缩率较大，坯壳与结晶器壁容易形成气隙。

而气隙的过早形成会导致坯壳的收缩不均匀和坯壳的厚度不均匀，在坯壳的薄弱处容易形成裂纹而导致漏钢。

此外，钢中的杂质主要为热裂纹敏感性较大的s等，随着这些杂质元素质量分数的增加，钢水发生裂纹漏钢的倾向增加。

经过对漏钢炉次进行分析，普碳钢当w(Mn)／w(S)≤15时，发生角部纵裂漏钢可能性明显增加。

我厂在浇铸30MnSi时，初期由于镇静时间及渣系不够合理，钢中杂质没能及时上浮，连铸角部裂纹漏钢明显增加。

2)钢水温度和拉速影响。

当浇铸时钢水过热度过高，温度和拉速不一致时，钢水过热度越高，坯壳厚度越薄。

由于结晶器中钢水施加的静压力，导致坯壳发生膨胀，当坯壳强度不够时，容易发生角部纵裂纹漏钢。

不一致和不均匀的温度对漏钢的产生有很大影响。

当拉速增大时，较易发生漏钢，因为随拉速的增加，铸坯在结晶器内停留的时间减少，铸坯冷却降低，造成坯壳偏薄，而且造成结晶器不够润滑，从弯月面到坯壳／结晶器壁面，结晶器保护渣流动性较差，严重时会造成裂纹漏钢。

漏钢常常是由于拉速太高造成的，当坯壳没有足够时间凝固到需要厚度时，或者金属太热，这意味着最终凝固正好发生在矫直辊下方，因矫直时施加应力，坯壳撕裂。

对于钢中碳质量分数一定时，温度高且拉速快容易发生漏钢。

3)保护渣质量。

当保护渣设计不合理，结晶器铜管与坯壳之间形成的渣膜不均或者过薄，造成传热不均，影响铸坯坯壳的均匀形成，薄坯壳处如果过薄，在出结晶器处如果无法承受拉力及静压力将会造成裂纹漏钢。

4)结晶器形状。

为增加钢水一结晶器接触面，可调节结晶器锥度，以适应钢的凝同收缩，从而增加结晶器的传热，增加坯壳厚度。

对于高速方坯连铸机上带线性锥度的传统结晶器而言，弯月面处的热传递迅速使铸流凝固成一固体外壳，随着外壳的收缩，角部脱离结晶器，停止热传递。

因此，在结晶器底部，除了角部有再熔化之外，坯壳继续生长。

当坯壳离开结晶器时，坯壳温度变化较大，此时增加拉速可能导致漏钢。

如果调节的锥度不合要求，结晶器和坯壳之间就会产生气隙，当空气对结晶器中热量传递的阻力达到最大时，它将严重妨碍所需厚度的坯壳形成，最终导致漏钢。

磨损和变形造成的结晶器锥度损耗会导致角部纵裂显著增加，这是角部再加热的结果。

就结晶器变形而言，产生原因是结晶器铜板厚度较薄，不足以支持铜板的热膨胀。

还可能是在引锭杆插入结晶器时，导致结晶器下部损坏而造成结晶器变形。

结晶器锥度过大会增加拉坯阻力，导致结晶器磨损加大。

倒锥度加上热缩造成气隙厚度
增加，进而加大角部磨损，因此，要降低使表面温度升高的传热。

此现象始终伴随着钢水静压力，这会诱发角部表面产生拉伸应变，从而引发裂纹。

这种裂纹会以固定方式大大降低坯壳厚度，最终可能导致漏钢。

5)操作影响。

当铸机中间包水口偏向一侧时，会造成被冲击面坯壳偏薄，当钢水过热度偏高时影响尤其严重，在偏薄坯壳无法承受钢水静压力和拉力时，就会造成裂纹漏钢。

保护渣加入不均，也会造成铸坯坯壳形成不均，严重时也会造成裂纹漏钢。

4. 控制漏钢的措施
考虑到漏钢对铸机利用率和有效性的影响，必须采取有效措施控制漏钢的发生。

4.1第二钢轧厂主要采取了以下措施：
1)提高转炉高拉碳率。

为了减少连铸漏钢，该厂成立了高拉碳专项攻关小组，到2009年4月份全厂终点硼(C)≥o．08％的比例达到83％。

2)完善挡渣工艺。

转炉挡渣效果不理想，下渣量不稳定，个别炉次回磷严重，影响钢水的纯净度。

为此，该厂引进定位挡渣设备，缩小出钢口直径(出钢口直径由原来的155 inlTl减小到145mm)，变锥度出钢口，抑制或消除出钢过程下渣量。

3)通过具体攻关，钢水成分及温度合格率大幅提高，2009年前4个月较2008年温度合格率平均提高了20％。

4)为保证钢水的纯净度，降低连铸漏钢。

该厂延长了各个钢种底吹时间(普通钢种延长1min，精炼钢延长2 rain)，保证了钢水成分均匀性和夹杂物的上浮。

5)标准化操作。

该厂制定了各个工序的操作规程，严格要求各个岗位职工严格按标准进行操作。

6)分铸机分钢种制定了结晶器振动及二冷冷却参数，使其数值更符合该厂生产工艺要求。

7)--冷改进。

通过长时间的摸索，制定了适合该厂硬线钢浇铸的二冷冷却参数。

8)稳定铸机拉速。

通过稳定钢水节奏，提高钢水质量，连铸硬线钢生产基本实现了拉速微波动。

减少了连铸漏钢。

9)稳定中间包液面。

通过中间包称量系统，基本实现了中间包液位恒定操作，在换大包期间，中间包液位波动也控制在200 mm以内，保证了中间包液位保持在400 mm以上。

10)保证结晶器精度。

合格的结晶器是预防铸机发生漏钢的重要手段。

为了保证生产中使用合格的结晶器，该厂完善了结晶器使用管理规定。

结晶器定期维护、检验，上线的结晶器必须保证其锥度(控制在0．6---1．2％／m)，分型号将水缝控制在3．5"--5 mm(最大偏差不超过0．5 mm)，铜管表面质量符合规定的标准。

11)保证铸机精度。

铸机每次检修必须进行验收，结晶器振动偏摆必须符合厂发规定，二冷水条偏差不能大于20 mm。

12)保护渣质量。

对来厂保护渣定期抽查，对其熔点、水质量分数、成分等严格要求。

任何保护渣都有有效期，对过期的保护渣绝对不再使用。

保护渣只有在铸造期间才能打开，放在保护渣专用烘烤器上进行干燥。

根据钢种按照规定使用合适的保护渣。

在采取上述措施后，唐钢第二钢轧厂2009年以来连铸漏钢大幅降低，漏钢总数同比降低了58.5％。

结论
通过实施具体措施，第二钢轧厂连铸漏钢有了大幅降低(尤其是从2009年3月份以来，连铸漏钢次数有了绝对性的降低，3、4月份漏钢同比降低了80．6％)。

该厂减少连铸漏钢所采取的措施，概括起来主要包况以下几方面。

1)提高钢水质量。

主要是保证钢水成分，合理控制钢水过热度，稳定供钢节奏，提高钢水纯净度等。

2)保证原材料质量。

对保护渣及其它原材料制定严格的管理办法，定期抽查，制定原材料抽查台帐，防止问题原材料上生产线。

3)标准化操作。

该厂从转炉一精炼一连铸整个过程制定了严格的标准化操作规程，杜绝了各个生产部门的违规操作。

4)保障设备精度。

制定了各个设备的检修管理办法，制定严格的设备验收标准，设备(器具)不符合标准，不允许生产。

Purwanto等进一步研究了旋转杯粒化法(RCA)所得渣粒的性能，并用高速摄像机拍摄了粒化过程的散布图。

实验发现，旋转杯的转速是高炉渣粒化的主要因素，当转速增加到2000 r／rain时，熔渣完全分散在旋转杯的边缘，还可观察到1圈光滑的线条，说明高转速下离心力的增加阻止了熔渣在旋转杯面上的分散，下落的熔渣很快且很好地分散到杯子的边缘，然后被甩出粒化。

通过图像还看到，熔渣离开杯子边缘后先形成韧带状，然后继续破碎成颗粒状。

离心粒化法相对于以上各种干式粒化方法更有效。

单体设备简单、布置紧
凑、处理能力大；操作参数少，通过改变转速即可调整粒化程度，可获得尺寸小、球形度好、玻璃化程度高的均质高附加值成品渣；将粒化室内粒化的高温渣粒与反应性混合气体直接接触的方法，使高温熔渣持有的热量较彻底地用于吸热化学反应，即高效地将熔渣显热转变成为洁净的化学能。

可观的经济效益，而且在环保方面的潜在价值是不容低估的，是高炉渣处理利用的发展趋势。

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致谢
在唐山科技职业技术学院冶金专业的学习即将结束，在这三年的学习过程中我得到了学院的各位老师和同学的热心帮助，顺利的完成了各科的学习并完成此次毕业设计任务。

在此，我特别感谢所有曾经帮助过我、为我的学习提出建议和指导的人们。

本次论文设计是在老师的悉心指导下完成的，通过本次设计使我把所学到的各科知识得以综合的运用，并掌握了一种学习方法，同时也锻炼了自己查阅资料、与同学合作及计算机应用的能力；培养了科学、严谨的学习态度，使我的整个知识结构有了质的提高，这些对于我以后的工作是珍贵的财富并将使我受益终生。

再次感谢唐山科技职业技术学院领导及老师的大力支持和帮助，祝你们工作顺利。