杜玉蘭 劉炳堂 張靜坡 張學(xué)田

(安陽鋼鐵股份有限公司)

方坯角部縱裂漏鋼原因分析及改進(jìn)*

杜玉蘭 劉炳堂 張靜坡 張學(xué)田

(安陽鋼鐵股份有限公司)

結(jié)合長期的生產(chǎn)實(shí)踐，分析了小方坯表面角部縱裂漏鋼形成機(jī)理、產(chǎn)生原因，通過強(qiáng)化生產(chǎn)管理，規(guī)范操作行為，開展技術(shù)革新活動(dòng)，制定和落實(shí)整改預(yù)防措施，取得了顯著效果。

方坯 角部縱裂 漏鋼分析

0 前言

安鋼第二煉鋼廠3#方坯連鑄機(jī)，是集團(tuán)公司投產(chǎn)最早的小方坯連鑄機(jī)，已連續(xù)運(yùn)行二十七年有余，雖經(jīng)多次技術(shù)改進(jìn)，但工藝及裝備水平仍然比較落后。目前，在高拉速、快節(jié)奏、高生產(chǎn)率的情況下，鑄坯表面角部縱裂漏鋼事故呈上升趨勢(shì)，嚴(yán)重影響了連鑄生產(chǎn)的穩(wěn)定順行。因此，控制鑄坯表面角部縱裂漏鋼已成為提高生產(chǎn)運(yùn)行質(zhì)量、優(yōu)化經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)、推進(jìn)精益高效化生產(chǎn)模式的關(guān)鍵。

1 鑄機(jī)工藝概況

安鋼第二煉鋼廠3#連鑄機(jī)是德馬克型弧形方坯連鑄機(jī)，四機(jī)四流，年產(chǎn)突破80萬t。目前所生產(chǎn)的鋼 種 有 Q235B、HRB335、HRB400、MG335、MG400、Q345等。澆注方式為定徑水口敞開澆注。主要工藝參數(shù)見表1。

表1 鑄機(jī)主要工藝參數(shù)

2 存在問題及原因分析

2010年3#連鑄機(jī)漏鋼率0.05%，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，角裂漏鋼占80%，下渣漏鋼和拉斷漏鋼分別占15%、5%.因此控制角裂漏鋼可以顯著降低漏鋼率。角裂漏鋼主要發(fā)生在鑄坯出結(jié)晶器后，在其偏角部發(fā)生縱裂而產(chǎn)生漏鋼事故，長度一般在100 mm～300 mm。表面角裂漏鋼鑄坯及坯殼剖面如圖1所示。

圖1 角部表面縱裂漏鋼鑄坯及坯殼剖面

鑄坯表面角部縱裂起源于結(jié)晶器內(nèi)的凝固坯殼不均勻，因角部二維傳熱，角部初始坯殼厚，剛性大，面部中間坯殼收縮后又在鋼水靜壓力作用下緊貼銅壁，其對(duì)坯殼角部產(chǎn)生拉應(yīng)力。偏離角處不屬二維傳熱，同時(shí)又是面部傳熱中最薄弱之處，因此其抗張應(yīng)力集中在偏離角部某一薄弱部位，當(dāng)出現(xiàn)鼓肚或脫方現(xiàn)象超過一定值時(shí)，應(yīng)力超過高溫坯殼強(qiáng)度，則造成坯殼偏離角部凹陷或縱裂紋，坯殼出結(jié)晶器后失去銅管支撐，如果結(jié)晶器下口冷卻強(qiáng)度又弱，坯殼形變進(jìn)一步擴(kuò)大，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生角裂漏鋼事故。

2.1 工藝設(shè)備的影響

1)銅管倒錐度減小、水縫偏差大。目前所使用的結(jié)晶器為窄縫導(dǎo)流水套式結(jié)晶器，銅管使用后期，內(nèi)壁下部磨損嚴(yán)重且不均勻，倒錐度過小或失去倒錐度，致使坯殼與結(jié)晶器壁氣隙增大，傳熱受阻，加劇坯殼凝固不均勻程度;圖2所示為結(jié)晶器銅管錐度對(duì)鑄坯角部縱裂的影響［1］。

圖2 結(jié)晶器錐度與角部縱裂的關(guān)系

結(jié)晶器銅管與水套之間的水縫為4 mm。因裝配方式不合理、水縫調(diào)整誤差大、水套變形均會(huì)引起水縫不均勻，造成水縫內(nèi)冷卻水流速差異大，結(jié)晶器導(dǎo)出熱流不均勻，致使坯殼凝固厚度不均勻。資料顯示，水縫每偏差1 mm，冷卻水流速偏差20%，水速不同使銅管各面溫度也不同，銅管將因此發(fā)生變形［2］。

2)振動(dòng)及振動(dòng)臺(tái)偏擺或軌跡偏移。結(jié)晶器振動(dòng)裝置為懸臂式，易受載荷和拉坯阻力影響而產(chǎn)生偏擺現(xiàn)象。雜物卡入振動(dòng)臺(tái)間隙同樣會(huì)造成振動(dòng)不平穩(wěn)，引起翻鋼、濺鋼，坯殼凝固均勻性受到較大影響;振動(dòng)臺(tái)變形或臺(tái)面、結(jié)晶器腰板底面粘附雜物造成結(jié)晶器不水平、振動(dòng)軌跡發(fā)生偏移，導(dǎo)致結(jié)晶器銅管局部磨損嚴(yán)重和坯殼冷卻不均勻。

3)二次冷卻不均勻。足輥區(qū)噴淋管的噴嘴離鑄坯距離過近，只有110 mm，冷卻水噴射面積不能完全覆蓋鑄坯表面，造成角部局部冷卻不到或冷卻強(qiáng)度不夠，坯殼較薄且不均勻;二冷水質(zhì)差，過濾效果不好，噴嘴堵塞嚴(yán)重，噴淋管變形或安裝不對(duì)中等，造成二次冷卻區(qū)嚴(yán)重不均勻，致使坯殼收縮不勻，加劇脫方變形，形成裂紋而產(chǎn)生漏鋼。

2.2 澆注操作因素的影響

1)由于中間包包底因長期使用并受到鋼水高溫輻射而發(fā)生變形，造成定徑水口與結(jié)晶器不對(duì)中，注流偏流嚴(yán)重，導(dǎo)致坯殼局部被沖刷，靠近注流一邊的坯殼生長減慢，坯殼減薄，在熱應(yīng)力作用下產(chǎn)生縱向裂紋，嚴(yán)重時(shí)造成漏鋼;

2)澆鋼工手動(dòng)拉鋼時(shí)，由于拉速快、調(diào)整幅度大或自動(dòng)與手動(dòng)操作轉(zhuǎn)換銜接不當(dāng)?shù)纫蛩?，造成液面波?dòng)大，影響坯殼凝固厚度的均勻性，并易形成縱裂紋。如液面波動(dòng)區(qū)間由±5 mm增加到±20 mm時(shí)，縱裂紋指數(shù)從 0 增加到2.0，如圖 3 所示［3］468。

圖3 結(jié)晶器液面波動(dòng)對(duì)縱裂紋的影響

2.3 鋼中碳含量的影響

鋼中碳含量在0.10%～0.17%時(shí)對(duì)鑄坯縱裂紋的敏感性最大，尤其是普碳鋼角裂漏鋼發(fā)生率較高，這與碳含量為0.10%～0.12%時(shí)的鋼發(fā)生包晶反應(yīng)有關(guān)。此時(shí)，結(jié)晶器熱流密度最低，結(jié)晶器內(nèi)凝固坯殼極不均勻［3］376。

3 采取的措施

3.1 優(yōu)化工藝設(shè)備

1)提高結(jié)晶器測(cè)量與維修質(zhì)量。根據(jù)結(jié)晶器銅管使用壽命和下部磨損情況定期更換結(jié)晶器;每支新銅管都進(jìn)行測(cè)量、檢查，保證上機(jī)的結(jié)晶器銅管倒錐度、內(nèi)腔尺寸、表面平整度符合工藝要求;用塞尺測(cè)量調(diào)整水縫，確保水縫偏差不大于0.2 mm;改變結(jié)晶器銅管與水套的裝配方式，將銅管與水套整體安裝至結(jié)晶器內(nèi)，確保水縫不變;測(cè)量水套變形程度，超出標(biāo)準(zhǔn)要求后及時(shí)進(jìn)行更換。

2)控制結(jié)晶器振動(dòng)裝置水平與偏擺。調(diào)整振動(dòng)裝置平衡彈簧松緊度，避免渣球等雜物進(jìn)入振動(dòng)機(jī)構(gòu)縫隙，減輕振動(dòng)臺(tái)承受的負(fù)荷和摩擦阻力，控制振動(dòng)臺(tái)偏擺量＜0.15 mm。更換結(jié)晶器時(shí)必須清理干凈振動(dòng)臺(tái)面和結(jié)晶器底板粘附的雜物，保證結(jié)晶器水平。定期測(cè)量和調(diào)整振動(dòng)臺(tái)水平度，將四個(gè)水平點(diǎn)的高度偏差控制在≤0.5 mm范圍。

3)調(diào)整足輥、加裝角部噴嘴。改造足輥區(qū)噴淋管，將噴嘴與鑄坯之間的距離由110 mm增加到125 mm，擴(kuò)大冷卻水覆蓋面，改善鑄坯角部冷卻效果;足輥區(qū)角部加裝PZ1178BP型號(hào)噴嘴，強(qiáng)化角部冷卻;定期清理或更換二次冷卻水管道過濾器、罐式過濾器濾網(wǎng)，改善水質(zhì);停機(jī)時(shí)檢查更換堵塞的噴嘴和變形嚴(yán)重的噴淋管，保證冷卻效果。

3.2 改進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)操作

1)通過調(diào)整中間包水口快換機(jī)構(gòu)墊塊的厚度，微調(diào)因中間包包底變形造成的水口不對(duì)中現(xiàn)象;包底變形嚴(yán)重的，應(yīng)及時(shí)更換包底或包殼，確保注流對(duì)中;改進(jìn)起步和換包操作使用的冷料形式和用量，用Φ6.5 mm的盤條折成U型代替Φ12 mm的圓鋼、螺紋鋼。開澆時(shí)盤條遇到鋼水能夠完全融化，避免劃傷銅管。

2)手動(dòng)澆鑄操作時(shí)，將液面波動(dòng)控制在±5 mm范圍以內(nèi);轉(zhuǎn)為自動(dòng)控制時(shí)，要在液面高度在設(shè)定位置時(shí)轉(zhuǎn)換，避免液面出現(xiàn)大的波動(dòng);自動(dòng)控制液面不穩(wěn)時(shí)要及時(shí)轉(zhuǎn)為手動(dòng)操作;結(jié)晶器使用中后期，適當(dāng)提高結(jié)晶器液面高度，以增加結(jié)晶器銅管有效冷卻長度，保證冷卻效果。更換新結(jié)晶器之后，維修人員精心對(duì)自動(dòng)液面控制系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，加強(qiáng)信號(hào)傳輸線、P3操作箱的保護(hù)和維護(hù)，確保液面控制的精確度。

3.3 協(xié)調(diào)控制成份

加強(qiáng)與煉鋼工序聯(lián)系與協(xié)調(diào)，提高終點(diǎn)碳，減少鋼水氧化性，把成品碳含量提高至0.12%～0.18%的范圍，避開裂紋敏感區(qū)。

4 效果

經(jīng)過以上措施的實(shí)施，鑄坯表面角部縱裂漏鋼事故得到有效控制，2011年角部縱裂漏鋼比率為0.03%，與2010年同比降低0.02%。由于漏鋼事故的減少、設(shè)備維修質(zhì)量的提高，2011年結(jié)晶器壽命同比提高307 t。改進(jìn)前后月溢漏率和結(jié)晶器壽命對(duì)比見表2。

表2 改進(jìn)前后指標(biāo)對(duì)比

5 結(jié)語

通過對(duì)小方坯角部縱裂漏鋼影響因素的分析，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，采取了優(yōu)化工藝設(shè)備、改進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)操作、提高鋼水質(zhì)量等措施，鑄坯角部縱裂漏鋼事故得到有效控制，既提高了生產(chǎn)效率，改善了鑄坯質(zhì)量，又促進(jìn)了生產(chǎn)的穩(wěn)定順行，降低了鋼水消耗和生產(chǎn)成本。

［1］陳雷主編.連續(xù)鑄鋼.北京:冶金工業(yè)出版社，1994:126.

［2］盧盛意編著.連鑄坯質(zhì)量.北京:冶金工業(yè)出版社，1994:63.

［3］史晨興主編.實(shí)用連鑄冶金技術(shù).北京:冶金工業(yè)出版社，1998:376，468.

ANALYSIS AND IMPROVEMENT ON BILLET LONGITUDINAL CORNER CRACK BREAKOUT

Du Yulan Liu Bingtang Zhang Jingpo Zhang Xuetian
(Anyang Iron and Steel Stock Co.，Ltd)

Combining the long－term production practice，the formation mechanism and causes of the longitudinal corner crack on the billet surface were analyzed.Remarkable results were achieved by means of intensifying production management，standardizing operations behavior，carrying out technical innovation as well as draughing and implementing preventive measures.

billet longitudinal corner crack breakout analysis

:2012—1—10