连铸粘结漏钢成因机理分析

2011年9月 连 铸 增刊

连铸粘结漏钢成因机理分析

王叶婷1， 赵洪强1， 国兴龙1， 曾 智2， 孙立根2， 张家泉 2

(1. 大连重工·起重集团公司，辽宁 大连 116013； 2. 北京科技大学，北京 100083)

摘 要：粘结漏钢是连铸过程中漏钢的主要形式，许多文献都尝试解释结晶器中的粘结现象。本文认为其成因应从整个结晶器包括物质流进出的平衡、拉坯过程中摩擦阻力的变化以及产生粘结的现象等各方面的因素来综合考虑。基于弄清整个结晶器的进出物流平衡来分析粘结形成原因，可为开发有效的漏钢预报系统提供有力的依据。 关键词：结晶器；粘结漏钢；漏钢预报；摩擦力

Investigation on the Mechanism of Sticker-Type Breakout

WANG Ye-ting 1， ZHAO Hong-qiang 1, GUO Xing-long 1， ZENG Zhi 2,

SUN Li-gen 2, ZHANG Jia-quan 2

(1. DHI·DCW Group Co., Dalian 116013, Liaoning,China;2.University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China) Abstract ：Shell sticking is the main type of breakouts in the process of continuous casting, and the literature contains several explanations for mold sticking. This paper considered its causes from new perspectives, including the balance of inlet and outlet material flow, variation of the withdrawal resistance during casting and other phenomena throughout the mold. Based on material balance analysis, the mechanism of sticker-type was proposed to provide a strong basis to develop an effective breakout prevention system.

Key words ：casting mold; sticker-type breakout; breakout prevention; friction

1 前言

连铸坯的质量与生产顺行始终是连铸生产者

关注的两大焦点问题。在高效连铸的背景下，围绕这两点开展了大量研究。然而，由于连铸过程的复杂性和随机性，一些问题依然难以完全解决，漏钢就是其一。有报道称一次典型的漏钢事故的损失竟高达20万美元，如果再加上因漏钢导致的生产停滞以及前后铸坯质量的影响，其损失可能是不可估量的[1]。因此，要开发出有效的漏钢预报系统避免漏钢的发生，正确了解漏钢的产生机理是必需的前提。

漏钢按产生的原因可分为四大类，分别是由传热不足引起的漏钢、粘结漏钢、缺陷漏钢和操作失误引起的漏钢，具体划分见图1。其中粘结漏钢是漏钢的主要形式，在规范操作条件下，粘结漏钢可占漏钢总数的90％以上[2]，因此最初开发出的漏钢预报系统大多针对漏钢的粘结行为，成为名副其实

的粘钢预报。

2 结晶器物流状态分析

由于粘结生成于结晶器这个黑匣子之中，关于粘结的成因暂时只能通过推理得到。本文从结晶器的物流平衡状态以及从能量角度考虑的物流平衡状态出发展开推理。

首先从图2我们可以得知从物流平衡角度考虑，从结晶器上口进入的物质有结晶器保护渣、钢液（其中包含钢液中的夹杂物）以及随钢液卷入结晶器的大包渣和中包渣，而从结晶器流出的物质有连铸坯和固态的保护渣皮（包括上口捞出的渣圈和

下口位于结晶器铜板和铸坯之间的渣皮）。由此可知，在考虑钢液中的部分夹杂物以及随钢液卷入的大包渣和中包渣上浮进入液态结晶器保护渣的条件下，进入结晶器的三种物质会有两种走向：一是含有部分夹杂物的铸坯；二是形成固态的保护渣皮。

以上是单纯考虑进出结晶器物质的守恒的结果。与此同时结晶器内发生着更为复杂的能量的传递，如图3所示。如果从能量角度考虑结晶器物流平衡，则进入结晶器的物质可以分为冷态结晶器保护渣、高温液体（包括高温的钢液，钢液中夹杂物和卷入的大包渣、中包渣）及通过结晶器铜板换热的低温冷却水。而出结晶器的物质相应变为高温的连铸坯壳、坯壳内的高温液体（包含未析出的夹杂物）、高温的固态保护渣皮以及通过铜板带走热量的相对高温的冷却水。

3 粘结漏钢的成因分析

此前有许多冶金学者对粘结漏钢的成因作出了分析，如：新日铁[3]认为粘结主要是由于在弯月面区的熔融钢水存在较强的碳以及合金元素的富集（因此会降低熔点），阻止了坯壳的生长及负滑脱阶段坯壳的修复导致漏钢；UBC大学的Mimura[4]认为结晶器液面的上升加速黏结的形成，此外还有很多其他的见解，并且都有其合理之处。以下是一个粘结坯壳的实例。图4（A）、4（B）分别是粘结坯壳被切割开后不同段的实物形貌图；作为比较，图5是正常坯壳的形貌图，从中可以看出二者的巨大区别。

与正常铸坯图5相比，图4中坯壳得到的破坏是毁灭性的。特别是图4（A），如果单拿出来根本无法确定是漏钢后的坯壳。但仔细观察图4（A）可以看到在粘结坯壳的周围有大量的颗粒物存在，而且颗粒物的形貌相近，基本可以确定是同一类物质。通常我们看到的正常铸坯如图5所示四周光洁。在钢水质量相差不大的情况下，与漏钢坯壳相比不难发现，漏钢坯壳中多了很多本不属于钢水的物质，从守恒的观点来看这些物质的来源只可能是保护渣。

保护渣的来源一是大包钢水注入速度变化导致中包液面波动，钢液卷渣进入结晶器；二是结晶器保护渣由于结晶器内的扰动进入；三就是钢液中的夹杂物被结晶器保护渣吸收，形成了新的物质，如保护渣对氧化铝的捕捉吸收。

(a) （b）

图4 漏钢后坯壳形貌