徐秀敏
（德龍鋼鐵有限公司）
摘要：本文對(duì)板坯連鑄漏鋼原因進(jìn)行分析并提出了預(yù)防措施，結(jié)合某鋼廠板坯的漏鋼情況，通過提高鋼水質(zhì)量、優(yōu)化操作工藝、提高職工的理論水平及操作技能、細(xì)化操作要點(diǎn)等有針對(duì)性的預(yù)防措施的實(shí)施，有效減少了板坯連鑄漏鋼次數(shù)，穩(wěn)定了連鑄生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞：板坯連鑄；漏鋼；保護(hù)渣；粘結(jié)
1 前言
連鑄漏鋼事故就是已凝固的坯殼在結(jié)晶器外或下口附近，由于某種原因產(chǎn)生坯殼破裂致使尚未凝固的鋼液從破裂處外溢而造成的事故，是連鑄操作的惡性事故，不僅造成澆注中斷，而且對(duì)損傷設(shè)備、產(chǎn)生廢品、降低作業(yè)率、增加工人的勞動(dòng)強(qiáng)度等都有較大影響，重者造成人員傷害事故。某鋼廠2020年10月至2023年10月三年來共計(jì)漏鋼8次，嚴(yán)重制約了生產(chǎn)的穩(wěn)定順行，特別是在高節(jié)奏、高拉速情況下對(duì)生產(chǎn)影響極大。針對(duì)這一情況，從漏鋼的形貌分析，80%為粘結(jié)漏鋼，本文重點(diǎn)對(duì)粘結(jié)漏鋼原因進(jìn)行分析并提出了預(yù)防措施。同時(shí)就連鑄生產(chǎn)過程中技術(shù)工藝、保護(hù)渣、不規(guī)范操作行為對(duì)漏鋼的影響提出了預(yù)防措施。
2 粘結(jié)漏鋼產(chǎn)生機(jī)理及過程
2.1.粘結(jié)漏鋼的產(chǎn)生機(jī)理
對(duì)發(fā)生粘結(jié)漏鋼的坯殼位置進(jìn)行觀察，共有兩種類型：1）漏鋼發(fā)生在寬面；2）漏鋼發(fā)生在角部（如圖1所示）。漏鋼點(diǎn)位于錐形線（正V形）的交點(diǎn)。在錐形線處坯殼很薄，甚至于破裂，但從錐形線到彎月面逐漸加厚。而其對(duì)應(yīng)側(cè)的坯殼相反，彎月面處最薄，向下逐漸增厚。V形線向左右擴(kuò)展，小斷面的V形線可擴(kuò)展到四個(gè)面。
圖1 典型坯殼結(jié)構(gòu)的特征
在多數(shù)情況下，主要是第一類型的粘結(jié)及引起的粘結(jié)漏鋼。通過對(duì)漏鋼坯殼的檢查發(fā)現(xiàn)，粘結(jié)漏鋼的坯殼有以下特點(diǎn)：振痕 密集，與澆鑄方向大約成45°夾角；在粘結(jié)開始的鋼水彎月面處，坯殼比正常情況下略厚；通常坯殼剛剛離開結(jié)晶器下口坯殼即破裂；漏鋼坯殼表面提取的保護(hù)渣Al2O3含量高；粘結(jié)坯殼表面有增碳現(xiàn)象。在線調(diào)寬的板坯連鑄能產(chǎn)生第二種類型粘結(jié)漏鋼。
2.2 粘結(jié)漏鋼的產(chǎn)生過程
在連鑄澆鑄過程中，由于結(jié)晶器液位波動(dòng)，彎月面的凝固坯殼與銅板之間的潤滑不良，造成結(jié)晶器壁與坯殼粘結(jié)[1]，使拉坯摩擦阻力增大。粘結(jié)處坯殼被拉斷，并向下和兩邊擴(kuò)大，形成V形破裂線，到達(dá)結(jié)晶器出口時(shí)就發(fā)生粘結(jié)漏鋼。
圖2 粘結(jié)漏鋼產(chǎn)生過程
從拉漏時(shí)結(jié)晶器內(nèi)凝固殼的特殊發(fā)展?fàn)顩r和凝固殼的表面狀況看，推測(cè)粘結(jié)漏鋼的發(fā)生機(jī)理如圖2所示，分析如下：
（1）由于某些原因在結(jié)晶器內(nèi)鋼液面附近的一部分鑄坯A粘結(jié)在結(jié)晶器上。這時(shí)，在被粘著的部分A和向下拉的鑄坯B的界面凝固殼破裂（大體上在最大剪應(yīng)力的方向）；
（2）接著在破斷凝固殼的間隙處流入鋼液，形成新的薄凝固殼（波痕D的形成）；
（3）新的薄凝固殼C由于結(jié)晶器的上升和鑄坯的下降而破斷并再次形成薄凝固殼；
（4）每振動(dòng)一次，（2）、（3）過程就重復(fù)一次，凝固殼的破斷位置逐漸向下移動(dòng)；
（5）凝固殼的破斷位置向下移動(dòng)，當(dāng)其達(dá)到結(jié)晶器下端就產(chǎn)生漏鋼。
3 產(chǎn)生粘結(jié)漏鋼的原因分析
3.1保護(hù)渣對(duì)粘結(jié)漏鋼的影響
保護(hù)渣的潤滑性能是保護(hù)渣最重要性能之一，特別在高拉速的情況下更為重要。要改善結(jié)晶器內(nèi)的潤滑狀況，只有擴(kuò)大渣膜的液相區(qū)和改善液相渣膜的性能來實(shí)現(xiàn)。目前對(duì)保護(hù)渣潤滑性能研究有二個(gè)方面，一是研究改善保護(hù)渣的性能使其具有良好的潤滑性；二是改進(jìn)結(jié)晶器振動(dòng)形式，來改善其潤滑作用。為提高結(jié)晶器內(nèi)的潤滑效果，選用低粘度的保護(hù)渣能提高耗量，保證足夠的渣膜厚度，從而保證潤滑效果。同時(shí)調(diào)整合適的CaO-SiO2-Al2O3三元系結(jié)構(gòu)（如圖3所示），使渣膜的結(jié)構(gòu)以玻璃相為主，有利于提高潤滑效果。
圖3 保護(hù)渣在結(jié)晶器內(nèi)的行為
3.2 結(jié)晶器液面結(jié)冷鋼對(duì)粘結(jié)漏鋼的影響
通常保護(hù)渣在結(jié)晶器液面存在三層結(jié)構(gòu)（如圖4所示），即粉渣層、燒結(jié)層、液渣層，保護(hù)渣在結(jié)晶器液面熔化良好、有適當(dāng)厚度的液渣層是保證潤滑的前提，液渣層厚度通常要求8-15mm。保護(hù)渣的熔化需要的熱量由結(jié)晶器內(nèi)的鋼液提供，結(jié)晶器內(nèi)的鋼液通過流場(chǎng)的循環(huán)向保護(hù)渣傳熱促使保護(hù)渣熔化，液渣通過彎液面流入結(jié)晶器銅板與坯殼之間的縫隙形成渣膜，控制坯殼與結(jié)晶器銅板之間的傳熱和潤滑。當(dāng)結(jié)晶器內(nèi)的鋼液由于溫度低或者發(fā)生偏流等原因，導(dǎo)致向保護(hù)渣的傳熱減少，影響保護(hù)渣熔化，導(dǎo)致液渣層厚度減少，同時(shí)由于保護(hù)渣的熔化吸熱導(dǎo)致結(jié)晶器鋼液面溫度降低產(chǎn)生結(jié)冷鋼現(xiàn)象，接近結(jié)晶器銅板的鋼液面結(jié)冷鋼會(huì)導(dǎo)致彎液面產(chǎn)生冷鋼，初生坯殼收縮減小，進(jìn)而使彎液面處液渣流入通道變窄甚至堵塞，液渣斷流導(dǎo)致坯殼與銅板粘結(jié)，誘發(fā)漏鋼事故。
圖4 保護(hù)渣的縱向?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)
3.3 渣條對(duì)粘結(jié)漏鋼的影響
保護(hù)渣在結(jié)晶器鋼液面上受熱熔化，液渣由彎液面流入坯殼與結(jié)晶器銅板間的縫隙，液渣接觸結(jié)晶器銅板部位受冷形成渣條，隨著結(jié)晶器的振動(dòng)及結(jié)晶器鋼液面的波動(dòng)，初生的渣條與燒結(jié)層、分渣層接觸向彎液面生長逐漸增厚，在結(jié)晶器四周形成一圈較厚的渣條[2]。渣條影響液渣流入導(dǎo)致粘結(jié)的發(fā)生機(jī)理如（圖6所示），當(dāng)結(jié)晶器內(nèi)鋼液面上升到與渣條相接觸時(shí)，液渣向下的通道將被堵住，當(dāng)鋼液面繼續(xù)上升時(shí)，會(huì)把渣條向上推，將渣條與固態(tài)渣膜分開，使鋼液直接和結(jié)晶器壁接觸，并粘結(jié)在一起；正滑脫時(shí)，坯殼強(qiáng)度大于粘結(jié)力，坯殼被拉走，如果坯殼強(qiáng)度小于粘結(jié)力時(shí)，坯殼被拉斷，在結(jié)晶器出口產(chǎn)生漏鋼。
圖6 渣條堵塞液渣流入通道導(dǎo)致粘結(jié)過程
4 板坯連鑄粘結(jié)漏鋼的預(yù)防措施
4.1 提高鋼水質(zhì)量
（1）優(yōu)化冶煉參數(shù)降低轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)[O]D含量，控制和減少轉(zhuǎn)爐鋼水過氧化。
（2）用復(fù)合造渣材料進(jìn)行鋼包渣改性將CaO-SiO2 渣系改變?yōu)镃aO-Al2O3 渣系，降低鋼包渣的氧化性。
4.2 控制結(jié)晶器保護(hù)渣固態(tài)渣膜的均勻生長
提高拉速保護(hù)渣耗量減少，為了保證足夠的消耗量，通常渣的黏度低，黏度過低會(huì)引起渣膜厚度不均勻，引起不均勻凝固。因此特別注意保護(hù)渣傳熱與潤滑特性的協(xié)調(diào)控制，選擇具有較低的溶點(diǎn)，使渣膜厚度適宜且分布均勻，以降低結(jié)晶器摩擦力并使其傳熱均勻。
（1）良好的潤滑性，使結(jié)晶器壁與坯殼間的渣膜厚度適宜且分布均勻，降低結(jié)晶器摩擦力并使其傳熱均勻。
（2）保護(hù)渣必須具有良好的溶解、吸收夾雜的能力，在吸收夾雜物后其物理性能保持相對(duì)穩(wěn)定，在換浸入式水口時(shí)進(jìn)行換渣操作。
（3）適宜的析晶能力，能滿足某些鋼種控制熱流的要求。
4.3規(guī)范和優(yōu)化操作工藝
（1）改進(jìn)水口快換液壓機(jī)構(gòu)、定期校驗(yàn)快換機(jī)構(gòu)本身的機(jī)械精度，保證了浸入式水口的對(duì)中良好。
（2）嚴(yán)格按控制鋼水硫、磷含量和過熱度，嚴(yán)格按照技術(shù)要求鋼水硫、磷含量≤0.020%，過熱度≤30℃。
（3）充分利用好結(jié)晶器液面自動(dòng)控制，穩(wěn)定結(jié)晶器液面，在結(jié)晶器液面發(fā)生波動(dòng)時(shí)及時(shí)檢查結(jié)晶器四周渣條情況，發(fā)現(xiàn)厚渣條及時(shí)挑出，確保彎月面液渣流入通道暢通。
（4）換水口時(shí)，液面下降后待撈出四周渣條后緩慢提升結(jié)晶器液面，確保液渣流入順暢，待保護(hù)渣熔化穩(wěn)定后再根據(jù)液渣層厚度提拉速。
（5）中包溫度低、結(jié)晶器偏流時(shí)加強(qiáng)對(duì)結(jié)晶器液面檢查，避免結(jié)冷鋼，結(jié)晶器偏流嚴(yán)重的及時(shí)組織換水口，確保結(jié)晶器流場(chǎng)均勻、穩(wěn)定、結(jié)晶器液面活躍。
5 結(jié)語
影響板坯連鑄漏鋼的原因很多，從生產(chǎn)實(shí)踐來看，鋼水質(zhì)量、工藝、職工的操作技能等因素是影響漏鋼的主要因素。提高鋼水質(zhì)量，有利于減少因鋼中夾雜物導(dǎo)致的塞棒、上水口、浸如式水口絮流而產(chǎn)生的結(jié)晶器液面波動(dòng)，同時(shí)有利于減少因保護(hù)渣吸附鋼中夾雜物導(dǎo)致的變性；合理控制換渣時(shí)間，有利于確保保護(hù)渣使用性能的穩(wěn)定，減少保護(hù)渣變性導(dǎo)致的粘結(jié)；控制合理的工藝參數(shù)，有利于保護(hù)渣的熔化和潤滑；提高職工的操作水平，穩(wěn)定結(jié)晶器液面，加強(qiáng)對(duì)結(jié)晶器液面及四周的檢查，確保保護(hù)渣熔化正常及液渣流入通道的暢通，有利于減少粘結(jié)。
參考文獻(xiàn)：
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[2] 錢忠東,等，連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液渦流現(xiàn)象的大渦模擬及控制，金屬學(xué)報(bào)，2004，Vol.40(1)，88-93