厚板坯连铸机漏钢原因分析及预防措施

厚板坯连铸机漏钢原因分析及预防措施
摘要：针对南阳汉冶特钢有限公司厚板3#厚板坯连铸机近三年发生漏钢事故的实际情况，分析探讨每次漏钢事故的原因，我们工程技术人员认为，3#厚板坯连铸机漏钢原因主要有钢种成分、开浇升速不规范、浸入式水口尺寸设计不合理、结晶器液面波动、钢水温度、结晶器保护渣及异常情况下的操作等，严格控制钢水中的Al2O3含量、控制铸机升速幅度、优化浸入式水口尺寸、避免结晶器液面波动、控制钢水温度、选择适宜的保护渣及加强操作等措施，厚板坯铸机漏钢可以完全避免。

关键词：厚板坯漏钢保护渣浸入式水口措施
前言
漏钢是板坯连铸生产中的恶性事故，事故危害可造成设备损坏，更换和修复结晶器和直弧段，滞坯处理时可能造成拉矫设备和扇形段辊列损坏，生产非正常中断，造成本炉次及后续炉次钢水回炉或该计划，降低了钢水收得率和合同计划的顺利执行，导致生产成本增加。

事故处理需要24～48小时，降低了连铸作业率。

事故处理时，职工劳动强度大、安全隐患多，增加了管理难度。

一次漏钢事故经济损失300～500 万元，甚至500万元以上。

南阳汉冶特钢炼钢厂3#铸机是西安重型机械研究所设计的全国第一台超厚板板坯连铸机，该铸机于2010年底建成投产后，月产可达5万t以上，至2013年5月，共生产板坯150万t。

随着铸机产能的逐渐释放，因管理和操作经验欠缺，漏钢成为威胁板坯生产稳定的首要问题。

不断总结教训、积累经验，降低漏钢事故率，是稳定连铸机生产、节能降耗、降低成本、增加效益的有效途径之一。

1汉冶特钢厚板板坯连铸机参数及漏钢情况
1.1汉冶特钢厚板板坯铸机主要工艺参数，见表1。

1.2粘结漏钢事故分析表
2010～2013年常规板坯连铸机粘结漏钢情况分析表，见表2。

2板坯连铸机漏钢原因分析
2.1粘结漏钢的机理
在钢水浇注过程中，结晶器弯月面的钢水处于异常活跃的状态。

由于各种原因，浇铸过程中流入坯壳与结晶器铜壁之间的液态渣被阻断，当结晶器铜板与初生坯壳的摩擦力大于初生坯壳的强度时，初生坯壳被撕裂与铜板产生粘结。

这时，在被粘着的部分和向下拉的铸坯的界面凝固壳撕裂，在撕裂处流入钢液，重新形成新的薄坯壳。

在振动和滑动时坯壳又被撕裂，钢水补充后又形成另一个新的薄
坯壳。

这一过程反复进行，直到新坯壳到达结晶器出口就产生粘结漏钢，从事故坯壳上看，漏钢坯壳表面呈明显的“V”字形（见图1），粘结到的坯壳面比正常坯壳更厚。

2.2粘结漏钢原因分析
影响粘结漏钢的主要因素有：钢种成分、开浇升速不规范、浸入式水口尺寸设计不合理、结晶器液面波动、钢水温度、结晶器保护渣及异常情况下的操作等。

2.2.1 钢种成分
据冶金行业相关资料介绍，铝含量高的钢种易发生粘结漏钢，这是由于Al2O3夹杂含量高，在浇铸过程中，保护渣对Al2O3的吸收使保护渣变性，结晶器润滑不良导致粘结；在浇铸后期水口易堵塞，导致浸入式水口偏流严重，造成一侧结晶器液面不活跃，保护渣易结渣条且结团，严重影响液渣的流入，从而导致初生坯壳发生粘结[1]。

另外含Ti、V 等的低合金钢、高碳钢易发生粘结漏钢。

2.2.2 开浇升速不规范
汉冶3#铸机生产350×2500mm2、400×2100mm2断面时，因操作人员操作不规范，对铸机的工艺参数及设备性能了解不透，在新浇次开浇升速过程中，对现场实际情况把握不准（如：钢水温度、液渣层厚度、塞棒氩气大小等），造成开浇升速过快（见图2），引起铸坯在结晶器内初生坯壳较薄，同时结晶器内液渣膜不能及时的补充在坯壳与结晶器之间，造成初生坯壳与结晶器铜板之间的摩擦力增大，当摩擦力、钢水静压力及拉应力大于铸坯初生坯壳的强度时，初生坯壳被撕裂与结晶器铜板发生粘结，在出结晶器时，发生粘结漏钢。

2.2.3浸入式水口尺寸设计不合理
汉冶3#铸机350mm、400mm断面使用的浸入式水口，由于设计缺陷造成水口出口的流速较快，流股在冲击结晶器侧边后，上回流方向过于偏向水口（见图3），从而引起生产中结晶器两侧液面较死，相对应处保护渣化渣不良，引起初生坯壳与结晶器之间液渣膜断裂，造成初生坯壳与结晶器发生粘结，易造成铸机粘结漏钢。

2.2.4结晶器液面波动
在生产过程中，因塞棒氩气不畅或挑渣皮不规范，引起结晶器液面波动易形成渣圈，当钢液面上升时，液渣层随之上升，在结晶器铜板上进行“涂抹”，这样反复进行，就形成渣圈。

渣圈太大时，阻止液渣的流入，影响润滑，导致粘结而漏钢。

2.2.5钢水温度
钢水温度低时，结晶器液面钢水温度低，引起保护渣化渣不良，黏度上升，导致坯壳与结晶器之间液渣膜出现断层，导致结晶器润滑不良，发生坯壳与铜板粘结而产生漏钢。

2.2.6结晶器保护渣
保护渣的主要功能是使坯壳与铜板之间保持良好的润滑，减少粘结。

保护渣的熔点、黏度、融化速度等物理性能不适合浇铸条件，使其在结晶器内融化不好，不能发挥应有的保温、防二次氧化、润滑、控制传热和吸附夹杂等作用。

2.2.7异常情况下的操作因素
2.2.7.1保护渣潮湿结块严重而未及时换渣，换渣时钢液裸露，结晶器与铜板润滑中断，导致粘结。

2.2.7.2异常情况下，升降拉速控制不当。

当结晶器液面波动大或浇铸温度太低时，应及时降速，避免化渣不好液渣流入不均，产生粘结；提速不宜太快，避免液渣流入中断，产生粘结。

2.2.7.3挑渣条方法不当。

当渣条比较大时，如不剔除或剔除方法不当，也可能阻止液渣向下流动而抑制润滑，导致粘结。

2.2.7.4结晶器对弧不良，铸坯运行受阻，引发铸坯大面积的粘结。

3、预防粘结漏钢措施
3.1 严格控制钢中Al2O3夹杂物的含量。

出钢过程中优化脱氧工艺，尽可能减少钢中夹杂物的含量，对含铝高的钢种采用钙处理等方法，铸机必须全程无氧化浇铸。

另外浇铸铝含量高的钢种必须使用吸附Al2O3夹杂能力强的专用保护渣，并且定期换渣，防止保护渣变性。

3.2针对不同断面、钢种优化铸机升速曲线，具体见图4、图5。

3.3结合与我厂合作多年的青岛正望耐材厂家，对现水口进行优化调整，出口由椭圆形更改为圆角矩形，出口倾角由15°调整为18°，随后到东北大学冶金材料学院做水模试验，试验结果表明，水口尺寸优化后，水口的上回流是沿结晶器壁上行至液面而后转向水口方向（见图6），形成发展良好的上涡流，从而均匀结晶器上部流场，避免结晶器两侧部位出现化渣不良等现象。

3.4避免结晶器液面出现大的波动。

南阳汉冶特钢炼钢厂虽然有比较精确的结晶器液位自动控制系统，波动一般能控制在±3 mm 以内，但钢水流动性不好时，结晶器液位波动较大，操作上除采取降低拉速外，转炉必须取有效措施保证钢水的流动性，如钢水的钙处理，控制Mn/Si 比等措施，为铸机提供优
质的钢水。

3.5严格控制中间包上线烘烤温度，确保中包温度≥800℃。

加快钢包的周转，争取全部使用在线周转包，若因现场实际情况限制，出现异常必须过LF精炼确保钢水温度均匀，避免铸机中间包温度过低，保证保护渣融化良好。

3.6选择适合各钢种的保护渣系列。

根据3#铸机350、400mm断面断面对应的钢种、拉速，优化结晶器保护渣的理化性能指标。

普碳钢保护渣碱度控制在1.18～1.23，黏度控制在0.18～0.20 Pa.s（1300℃）；低合金钢保护渣碱度控制在
0.9～1.1，黏度控制在0.25～0.3 Pa.s（1300℃）；裂纹敏感性钢保护渣碱度控制
1.0～1.5，黏度控制在0.17～0.22 Pa.s（1300℃）；高碳钢保护渣碱度控制在0.7～1.0，黏度控制在0.15～0.2 Pa.s（1300℃）。

确保渣耗控制在0.5～0.55kg/t钢，液渣层厚度控制在8～15mm。

3.7加强责任心，精心操作。

（1）换渣时须降低拉速，拉速一般控制在0.45 m/min以下，而且中间包温度相对较高，要求过热度≥25℃，严禁钢液面裸露，采取边捞旧渣边添新渣的方法。

（2）结晶器液面波动大时，必须适当降低拉速；中间包快换水口后，提速不要太快，以0.05～0.1m/min为易，而且要注意液面是否结壳，避免化渣不好，导致粘结。

（3）剔除渣条时，必须使渣条松动后再剔除，否则极易产生粘结。

3.8每次更换结晶器、直线段和弯曲段时，必须确保每段衔接处的弧度精度，采用辊缝自动测量仪进行检测，防止各段对弧不到位。

3.9 采用漏钢预报系统。

南阳汉冶特钢炼钢厂3#连铸机2011年9月粘结漏钢发生部位都是由于热电偶故障失去预报功能，导致粘结漏钢。

使用过程中发现热电偶故障，应及时更换结晶器，确保对粘结漏钢的预报功能。

4、结语
粘结漏钢与钢种成分、开浇升速不规范、浸入式水口尺寸设计不合理、结晶器液面波动、钢水温度、结晶器保护渣及异常情况下的操作和是否装备漏钢预报有关。

严格控制钢水中的Al2O3含量、控制铸机升速幅度、优化浸入式水口尺寸、避免结晶器液面波动、控制钢水温度、选择适宜的保护渣及加强操作和性能完好的漏钢预报装置等措施，厚板坯铸机漏钢可以避免的。

参考文献：
[1] 卢盛意.连铸坯质量[M].北京：冶金工业出版社，2002.
[2] 蔡开科.浇注与凝固[M].北京：冶金工业出版社.1987.
[3] 曹广畴.现代板坯连铸[M].北京：冶金工业出版社.1994.。