小方坯角部纵裂漏钢的原因分析

小方坯角部纵裂漏钢的原因分析

高岩郎俊刚张雷

河钢承钢棒材事业部100吨连铸作业区河北承德067002

摘要：在连铸生产过程中，漏钢是一种很严重的事故，损坏设备，降低作业率，破坏生产组织的均衡。产生漏钢的根本原因是结晶器内坯壳薄且生长不均匀，当铸坯出结晶器下口后，承受不住钢液静压力及其他应力的综合作用，坯壳的薄弱处被撕裂，钢液流出，造成漏钢。因此文章结合实例，就小方坯角部纵列漏钢的原因及防控措施展开分析。

关键词：小方坯；角部纵裂；漏钢；原因

小方坯的设备结构比较简单，操作和维修技术已经成熟。然而，小方坯角部纵裂漏钢时有发生，目前已成为影响生产稳定和产品质量，造成成本浪费的主要因素。因此解决小方坯角部纵裂漏钢就成了提高产品质量、稳定生产、降低生产成本的关键。

一、钢厂小方坯基本情况概述

某钢厂2＃连铸机为一炼钢主力机型之一，年产良坯120万t。该连铸机存在较严重的漏钢现象，经统计，约50%的漏钢为偏离角部纵裂漏钢，漏钢点距离角部约1～2cm，长度一般在100～500mm不等。一般在发生角部纵裂漏钢前经常会伴有铸坯鼓肚、脱方、角部凹陷现象的出现。因此，铸坯鼓肚、脱方、角部凹陷等现象就是导致小方坯角部纵裂漏钢的主要原因。

二、小方坯角部纵列漏钢原因分析

（一）原理

2#机主要浇铸HPB235钢，据统计，该厂冶炼该钢种平均Mn/S为13，裂纹敏感性较强。碳含量>0.12%，进入包晶反应区。碳含量在0.12~0.17%之间，连铸坯裂纹敏感性较强，此时坯壳的凝固相变收缩最大，易造成初生坯壳凝固不均。当铸坯冷凝收缩时，作用于坯壳的相变应力、热应力和收缩应力超过了坯壳的允许强度，在铸坯的薄弱处产生应力集中，导致铸坯出现纵裂纹。出结晶器后在二次冷却区扩展。对该厂生产的HPB235钢的化学成分进行了统计，碳含量在0.14~0.17%的炉次占69%左右，发生纵裂漏钢的几率较高。

（二）冷却水质

角部纵裂一般都在结晶器内形成，在二冷区逐步扩大，所以合适的结晶器冷却效果是消除纵裂漏钢的关键，其中，结晶器的冷却效果主要与水质和配水量有关。原生产过程中结晶器水质差、冷却水硬度高，最高达到30mg/L，导致结晶器壁结垢严重且分布不均，传热受阻，相应的坯壳生长较慢且不均匀，最薄处承受的应力超过坯壳临界强度时，易出现纵裂甚至漏钢。在高产量的同时，水泵房二冷水量供应不足，为满足生产，不得不打开过滤器旁通，导致二冷水质变差，最终导致二冷竖管喷嘴堵塞，容易在二冷段发生漏钢。

（三）设备因素

结晶器是连铸机上非常重要的一个设备，通常被称为连铸机的心脏。结晶器的作用就是要保证良好的铸坯表面质量和出结晶器下口有足够的坯壳厚度。结晶器冷却水水缝尺寸的不均匀，使铸坯四个面的冷却强度不同，造成坯壳生长不均匀。结晶器铜管的局部磨损改变了原设计的倒锥度和结晶器的内腔尺寸，使得气隙增大影响传热，造成坯壳生长的不均匀，这就说明铸坯坯壳在结晶器内部由于坯壳生长的不均匀性而产生了变形，出现了铸坯鼓肚、脱方、角部凹陷等现象，最终导致漏钢。另外，方坯在凝固过程中由于冷却方式上的差异，而造成整个坯壳厚度的不均匀。其中角部是二维冷却方式，初生坯壳形成的早而使角部收缩过早地产生气隙。大面是一维冷却方式，初生坯壳生长较慢，所以初生坯壳与铜管压紧，这就使大面压紧和角部收缩的结合部位产生剪切应力，而四面的坯壳厚度不均匀程度越大，剪切应力就越大，就越容易产生角部纵裂漏钢。

（四）结晶器液面波动

结晶器振动就像心脏跳动一样非常重要。它是保证连铸机正常生产和良好铸坯质量的基础条件。如何确定结晶器振动的基本参数振幅和振频非常关键。确定最大振幅时，要考虑到最大拉速时也不能使Z值过小，在避免临界频率f0{f0=1000/（πZ）}过大的前提下，尽量采用小振幅。确定最小振幅时，要考虑到最小拉速时也不能使Z值过大以获得较短的负滑动时间。确定振动频率时，应保证负滑动时间取得最小值。当Z＞5时，由于负滑动时间曲线几乎是垂直上升，频率微小的变化就会引起负滑脱时间的很大变化，因此低频率不能采用。当Z＜5时由于负滑动时间曲线上升缓慢，但必须使在该频率下的负滑动率NS＜20%，以保证脱模，有避免采用较高的频率，使结晶器振动装置处于良好的运动状态及受力状态。小方坯振动是半板簧振动装置，实际生产过程中由于振动板簧要经受高温、高湿、结晶器重量和一些机械外力的影响，从而影响振动的稳定性，使结晶器脱模和液渣流入困难，导致坯壳生长不均匀。一般要求振动前后偏差≤0.2mm，振动左右偏差≤0.15mm。因此维护结晶器振动装置正常运转至关重要。

（五）工艺因素

其他诸如钢水的温度合理性、钢水的可浇性、水口不对情况、水口插入深度不合、操作工的不良习惯等，也都是影响坯壳厚度生长不均匀的因素。

三、小方坯角部纵裂漏钢现象的防控措施

由于钢种的成份是无法改变的，对于结晶器振动大梁，公司已做出方案进行整体的改造加固。只能针对现场可操作的方面进行优化整改，具体采取的措施如下：（1）采用铯137液面自动控制系统，保证了结晶器液面波动范围在±5mm之内。（2）对结晶器振动框架防护板进行了整改，减少了杂物进入结晶器振动框架内的机率，减少了此种原因引起的结晶器振动异常漏钢；对软水进出水管道加防护板，避免了停机时杂物进入软水进出水管道，减少了由于此类原因引起的漏钢。对2#中包车的外弧侧加装12mm厚的钢板，以保证中包车的平衡。在定检和临时检修期间，逐步更换磨损严重的辊子，并且保证结晶下口与二次冷却段的对中在一定精度范围内。（3）改善冷却水质。通过清洗过滤器、滤沙以及换水等措施使软水水质硬度由原来的30mg/L降至15mg/L左右，从而减少了结晶器铜管结垢，保证了结晶器的冷却效果和均匀性，使坯壳增厚及应力分布均匀。对二冷水，经过与能源中心协调，将冲渣水与二冷水分离，有300m3/h冲渣水不经过滤器，直接用于冲渣，尽最大可能降低水泵房负荷，连铸使用的二冷水、设备冷却水量减少到1500m3/h左右，减少其打开过滤器的旁通阀频率。其次，在停机和检修期间，检查喷嘴是否堵塞，将堵塞的喷嘴清理干净或更换，确保喷水通畅。

四、实施效果

经过可行性措施的实施，2#连铸机漏钢次数有所下降。漏钢情况在2012年8月、9月、10月、11月、12月的情况分别为22、23、43、42、26次，在2013年1月、2月、3月、4月和5月的情况为：14、12、11、12、10次。可见取得了较好的效果。

综上所述，影响方坯漏钢的原因涉及工艺、管理、设备等多个方面，从数据分析及现场状况来看，2#连铸机漏钢的主要原因是由于碳含量的裂纹敏感区域，水质差导致的冷却不均匀，设备功能精度不完善。控制措施：采用铯137液面自动控制系统，减少液面波动；改善冷却水质，保证二冷冷却均匀。采取上述控制措施后，方坯偏离角部漏钢的现象得到了有效控制，月漏钢次数明显下降。

参考文献：

[1]潘统领，李泽林，赵志刚，王华东.小方坯球扁钢铸坯角部横裂纹控制措施[J].鞍钢技术，2018（05）

[2]宋依新，李泽.ER70S-6焊丝钢的小方坯连铸生产技术[J].连铸，2018，43（05）

[3]黄正华.LZ钢小方坯漏钢的原因分析及控制措施[J].中国高新技术企业，2014（19）

[4]郑国强，岳帅，闫绍维.连铸小方坯漏钢机理及预防措施[J].科技风，2012（10）