韶鋼連鑄方坯脫方缺陷的成因及其改善研究

付謙惠　郭峻宇

【摘 要】韶鋼8號方坯連鑄機(jī)自順利投產(chǎn)以來，現(xiàn)場生產(chǎn)一直受脫方困擾，供軋鋼廠連鑄方坯脫方超標(biāo)率最高達(dá)到1.74%。分析表明，澆鑄過程中結(jié)晶器冷卻的不均勻是連鑄方坯產(chǎn)生脫方缺陷的直接原因。通過分析并調(diào)整轉(zhuǎn)爐冶煉和中間包冶金工藝、結(jié)晶器參數(shù)、澆注溫度、二冷配水、鑄坯拉速等，強化鑄坯對弧和噴水的精確度，使韶鋼鑄坯脫方率小于0.01%，整體鑄坯合格率達(dá)到99.99%以上。

【關(guān)鍵詞】連鑄坯；結(jié)晶器；脫方；缺陷

0 緒論

8號連鑄機(jī)自順利2011年4月投產(chǎn)以來，現(xiàn)場生產(chǎn)一直受脫方困擾，當(dāng)年供高線廠連鑄方坯脫方超標(biāo)率最高達(dá)到 1.74%。2012年至2015年，因方坯生產(chǎn)量的增大，鑄坯脫方超標(biāo)支數(shù)明顯增加，本文分析了目前8號鑄機(jī)的生產(chǎn)情況，找出目前存在的問題（脫方）。根據(jù)實際情況，分別從管理、設(shè)備、工藝三個方面分析原因。根據(jù)分析結(jié)果，重點從設(shè)備、工藝兩個方面進(jìn)行了改進(jìn)，明顯降低了脫方率。

1 韶鋼8號連鑄機(jī)的生產(chǎn)與方坯脫方缺陷的形成

1.1 8號連鑄機(jī)的生產(chǎn)現(xiàn)狀

8號機(jī)為8機(jī)8流方坯連鑄機(jī)，生產(chǎn)的斷面170mm×170mm方坯。鑄坯的平均脫方超標(biāo)率高達(dá)0.35%，針對8號機(jī)生產(chǎn)現(xiàn)狀，進(jìn)行了系統(tǒng)的分析與研究。2013～2015年的脫方超標(biāo)量為18853噸，嚴(yán)重影響了公司的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 連鑄坯的形狀缺陷的影響因素

1.2.1 結(jié)晶器銅壁錐度幾何形狀呈拋物線變化，以適應(yīng)凝固坯殼收縮過程，坯殼與銅壁盡可能接觸良好，抑制氣隙形成，使結(jié)晶器周邊坯殼生長均勻。

1.2.2 小方坯結(jié)晶器冷卻，水縫水流速不均勻是銅管變形的主要原因。因此，銅管與水套裝配保證結(jié)晶器縱向和橫向水縫尺寸均勻是水流速一致的保證。

1.2.3 結(jié)晶器銅管圓角半徑使角部坯殼厚度均勻，可防止鑄坯脫方。

2 設(shè)備參數(shù)對脫方的影響分析

2.1 銅管的技術(shù)參數(shù)和使用壽命

2.1.1 銅管的錐度

8號機(jī)在澆注鋼種Q235（銅管每流均使用A廠），N1脫方后在結(jié)晶器下口3.6m處漏鋼。在其它生產(chǎn)條件沒有改變的情況下，更換新銅管后，脫方現(xiàn)象消失。經(jīng)測量脫方結(jié)晶器的銅管錐度，并與原始錐度曲線對比，發(fā)現(xiàn)脫方是銅管錐度已經(jīng)嚴(yán)重磨損所致。

2.1.2 銅管的壁厚

8號連鑄機(jī)N2流曾發(fā)生脫方（斷面170mm×170mm，鋼種Q235）事故。通過對脫方時的結(jié)晶器設(shè)備參數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，錐度良好，而銅管壁厚明顯不均勻。

2.2 結(jié)晶器的水縫對鑄坯脫方的影響

2.2.1 結(jié)晶器水縫

我廠結(jié)晶器水縫為4mm，銅管材質(zhì)為磷脫氧銅、HB>80、內(nèi)腔鍍鉻厚0.3mm。在水縫尺寸不等時，各縫水的流速不同，從而不能均勻的冷卻鑄坯，易產(chǎn)生脫方缺陷。

2.2.2 角部水縫

8號連鑄機(jī)采用的是圓角水套，角部水縫不均勻（約有1mm的偏差）且下線后的精度得不到保障，因此容易產(chǎn)生脫方缺陷。

2.3 二冷室托輥對鑄坯脫方的影響

二冷室托輥共有40個（每流5個），其中4號托輥與拉矯機(jī)之間有一個送引錠輔助托輥。2013年全年3號機(jī)產(chǎn)量190萬噸（14844爐），共計更換219個托輥，每個托輥的平均壽命只有35爐。

3 連鑄工藝參數(shù)對鑄坯脫方的影響

3.1 鋼中C對鑄坯脫方的影響

鋼的收縮量很大部分決定于鋼的含碳量，高溫坯殼的線收縮對脫方有直接影響。我廠Q235B的碳含量內(nèi)控范圍在 0.08～0.14 %，屬包晶鋼，坯殼線收縮大，導(dǎo)致初生坯殼凝固厚度不均勻，易于形成脫方。 3.2 Mn/S比對鑄坯脫方的影響

我廠通過現(xiàn)場多次試驗發(fā)現(xiàn)：當(dāng) Mn/S≥2 5時，脫方顯著減少。根據(jù)我廠的現(xiàn)有條件， Mn/S比均大于28較為適宜。

3.3 結(jié)晶器一冷對鑄坯脫方的影響

3.3.1 結(jié)晶器水量

結(jié)晶器水縫水流速約為5～8m/S（水縫尺寸為4mm）將出現(xiàn)間歇沸騰；對于低碳鋼水速小于6m/s、中碳鋼水速小于9m/s，在結(jié)晶器冷卻面引起間歇沸騰。水速大于10m/s，可抑制間歇沸騰，有利于傳熱。

3.3.2 結(jié)晶器冷卻水進(jìn)水溫度

韶鋼Q235鋼澆鑄過程中，開澆時結(jié)晶器進(jìn)水溫度在28℃～31℃左右，澆鑄結(jié)束后，結(jié)晶器進(jìn)水溫度升高到35～37.8℃，從開澆到澆鑄結(jié)束，結(jié)晶器進(jìn)水溫度升高大約6～8℃。生產(chǎn)實踐表明，生產(chǎn)包晶鋼，初檢合格率達(dá)到99.75%以上。綜上所述，研究得出合適的結(jié)晶器進(jìn)水溫度在35℃左右。

3.4 二冷水對鑄坯脫方的影響

3.4.1 連鑄機(jī)的二次水冷系統(tǒng)對鑄坯脫方的影響及解決方案

通過對8號方坯連鑄機(jī)的二冷噴嘴使用情況進(jìn)行跟蹤與觀察，發(fā)現(xiàn)在生產(chǎn)過程中存在二冷噴嘴堵塞噴嘴堵塞嚴(yán)重，噴嘴被堵個數(shù)最多達(dá)100多個，造成的后果是方坯脫方廢品的大量增加，最嚴(yán)重的一個月有400多噸鋼坯變成廢品。

從生產(chǎn)線噴嘴取出的堵塞物主要是結(jié)垢堵塞、懸浮物及絮狀物積累堵塞和管壁脫落的銹蝕物，成片狀，其中，因管道管壁脫落的銹蝕物和結(jié)垢堵塞占了93%。

3.4.2 二冷噴淋管對中和噴淋均勻性對脫方的影響

生產(chǎn)實踐表明，脫方的產(chǎn)生不是某個單一因素在起作用，需要對所有二冷參數(shù)進(jìn)行規(guī)定，才能保證鑄坯處于可控狀態(tài)。造成韶鋼鑄坯脫方的主要因素是結(jié)晶器銅管磨損及其裝配，其次是二冷水質(zhì)和噴淋系統(tǒng)的對中度。

4 連鑄坯脫方的改善方法

4.1 結(jié)晶器的參數(shù)優(yōu)化

2014年開始，在8號方坯連鑄機(jī)試用鉆石型結(jié)晶器銅管，鉆石型銅管相比普通銅管脫方支數(shù)有明顯減少，通過保證銅管錐度，對降低鑄坯鑄坯脫方有顯著效果。

4.2 二冷水分布及優(yōu)化表

二冷水量是鑄坯出結(jié)晶器后加重脫方的根源。保證水條對弧精度，水咀完好， 優(yōu)化比水量參數(shù)后的脫方廢品率有明顯降低。

4.2.1 Mn和S成分調(diào)整

我廠8號機(jī)生產(chǎn)Q235鋼種Mn/S>20時可以減緩脫方，當(dāng)增加了Mn/S以后，脫方率明顯減少。

4.2.2 二冷室進(jìn)行精確對弧

對弧樣板是校對檢測連鑄機(jī)對弧精度的檢測工具，必須確保對弧樣板精度，彎曲半徑制造精度要求為±0.02-0.05，平面要求為±0.05，平行度要求為±0.03。

5 總結(jié)

針對鑄坯脫方問題，本文進(jìn)行了深入的研究分析，結(jié)論如下：

（1）澆鑄過程中的不均勻冷卻是連鑄方坯產(chǎn)生脫方缺陷的直接原因。二冷水量均勻分布，是鑄坯出結(jié)晶器后產(chǎn)生二次脫方的根源。必須對影響結(jié)晶器均勻冷卻的主要因素進(jìn)行控制與優(yōu)化；

（2）通過對比試驗、低倍檢驗和統(tǒng)計分析等手段的進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，鑄坯脫方的主要因素首先是結(jié)晶器銅管磨損及其裝配精度，保證銅管的加工精度，在銅管任意斷面上壁厚的極限偏差應(yīng)控制在2～3%以下。其次是二次冷卻系統(tǒng)的正常運行，而澆注溫度與鑄坯速度、注流偏斜對韶鋼方坯脫方的影響不是主要因素；

（3）通過調(diào)整轉(zhuǎn)爐冶煉和中間包冶金工藝、結(jié)晶器參數(shù)、澆注溫度、二冷配水、鑄坯拉速，強化鑄坯對弧和噴水的精確度，很好地改善了連鑄坯質(zhì)量，使韶鋼鑄坯脫方率小于0.01%，整體鑄坯合格率達(dá)到99.99%。

【參考文獻(xiàn)】

[1]Samarasekera，IV et al.小方坯結(jié)晶器形狀傳熱及結(jié)晶器與坯殼相互作用[C].發(fā)展中國家連鑄會議文集.中國金屬學(xué)會，北京，1993：152.

[2]屈正平，閻麗萍，巨建濤，等.酒鋼連鑄方坯裂紋和脫方原因初探[J].鋼鐵研究.10（5）：24-26.

[責(zé)任編輯：張濤]