方坯连铸机漏钢的原因分析及改进措施Doc1

1、 方坯连铸机漏钢的原因分析及改进措施毕业论文摘 要:在连铸生产中，漏钢是危害很大的事故。分析了夹渣漏钢，粘结漏钢和角部裂纹漏钢的特点及机理。产生各类漏钢的主要原因是保护渣的性能.结晶器的精度.钢水的过热度.拉速及浸入式水口对中.操作等因素。通过采取相应的措施，让铸机的漏钢率有明显的降低。关键词:方坯连铸；夹渣；粘结；角部裂纹；漏钢在连铸生产中，漏钢是危害很大的事故，轻则影响铸坯质量造成废品，重则影响影响连铸机作业率，损坏设备危机操作人员安全。近年来，随着连铸工艺技术的进步，漏钢事故得到了有效控制，但仍不能完全避免。在连铸日趋高效化的今天要保障生产的顺利进行，提高连铸机作业率就必须减少和控制漏钢

2、次数。1. 铸机参数及漏钢情况1.1 连铸机主要参数唐钢二钢扎厂有两台四机四流.三台六机六流方坯连铸机，实际年生产力400万吨浇铸的断面有四种：150mm*150mm.165mm*165mm.165mm*225mm.165mm*280mm，所生产的钢种主要有建筑用钢.低合金钢.硬线钢.轴承钢.焊接钢等近百种。铸机采用定径水口和塞棒控制两种，浸入式水口加保护渣进行保护浇铸。1.2 漏钢情况对该厂2008年全年的 漏钢 情况分类统计，以夹渣漏钢.粘结漏钢.角部裂纹漏钢为主要漏钢类型，分别占漏钢总数的33.2%.26.5%和22表一1.3 武钢一炼钢厂有两台5机5流弧型方坯连铸机，设计年生产能力为1

3、70万t，浇铸的断面有4种：200 mm × 200 mm、200 mm × 230 mm、230 mm × 250 mm、250 mm × 280 mm，所生产的钢种主要有建筑用钢、低合金钢、帘线钢、轴承钢等18个系列100多个品种。铸机采取定径水口加塞棒自动控制结晶器液面，浸入式水口加保护渣进行保护浇铸。该厂连铸机的主要工艺参数见表1。   1.4连铸机主要技术参数表1武钢集团昆钢股份炼钢厂7#铸机主要技术参数序号名 称单 位参 数1机型倾动存放式刚性引锭杆全弧形连铸机2弧形半径m9（连续矫直）3台数×机数×流

4、数1×5×54流间距mm12005冶金长度m16.46铸坯断面mm×mm150×1507浇铸钢种碳素结构钢、低合金结构钢、优质碳素结构钢、标准件用钢、冷镦钢8铸坯定尺长度m6、9、129拉坯速度m/min1.9m/min10最大拉速3.511中间罐溢流液面mm95012振动侍服机械正弦13引锭杆型式全刚性、可径向微调14送引锭速度m/min3.515铸坯定尺方式电视摄像无动力自动火焰切割机16出坯辊面标高m-2.012漏钢情况统计对该厂2006年全年的漏钢情况分类统计得知，以粘结漏钢和角部纵裂漏钢为主要漏钢类型分别占6190和2143，见表2。 

5、;2.夹渣漏钢.粘结漏钢和角部裂纹的原因分析2.1 夹渣漏钢2.11 夹渣漏钢特点及机理唐钢第二扎钢厂方坯连铸机发生夹渣漏钢主要有以下特点：1)漏钢处坯壳有一定弧度，不像裂纹漏钢，有撕裂的感觉。同时一般漏钢后结晶器内没有残余的坯壳。 2）夹渣漏钢主要是由于坯壳形成时夹保护渣或大颗粒高熔点杂物导致传热减少形成薄坯壳漏钢。方坯连铸时二次氧化物.低碳钢冶炼时高粘性渣中不当脱氧产物.结晶器中铝丝喷加不当造成氧化铝偏高.各种耐材脱落.浇铸过程中结晶器液位波动等，都会促使坯壳夹渣，预制坯壳生长，造成坯壳漏钢。3)绝大多数夹渣漏钢都是夹渣点刚刚出结晶器便发生漏钢。2.12夹渣漏钢的原因经过调查分析，发现铸机

6、发生夹渣漏钢的主要原因有：1）.结晶器振动。结晶器震动是为了实现新生坯壳与结晶器铜管脱离，但是结晶器振动不够平稳时，偏摆过大，就会将结晶器内钢液表面的渣子卷入钢水中，部分没能上浮的渣子就会随铸坯一起被拉出结晶器，当渣子靠近坯壳时就会造成传热过低，坯壳偏薄，无法承受钢水静压力，产生漏钢。2）操作原因。操作不当，造成结晶液面波动过大，也会产生与结晶器振动不平稳相似的卷渣漏钢。3）.钢水纯净度不够。钢水纯净度不够、钢水二次氧化，杂质聚集到一定程度，随钢流被卷到结晶器钢水深处，部分没能上浮的渣子就会随铸坯一起被拉出结晶器，当渣子靠近坯壳时就会造成传热过低，坯壳偏薄，无法承受钢水静压力，产生漏钢。4）转

7、炉、大包、中间包中脱落的耐材，不能及时上浮，也会造成夹渣漏钢。2.2粘结漏钢21 粘结漏钢的特点及机理经分析总结，该厂的方坯连铸机发生粘结漏钢时主要有以下一些特点。(1)粘结漏钢的坯壳上部粘结在结晶器铜壁上，呈现上部坯壳厚、下部坯壳薄的特点。(2)粘结漏钢主要是由于拉速太高、改变拉速太快或坯壳与结晶器之间的润滑不良引起的。(3)铸坯漏钢部位附近的振痕紊乱，甚至没有振痕，表面麻点较多。在钢水浇铸过程中，结晶器弯月面的钢水处于异常活跃的状态，如果浇铸过程中流入坯壳与结晶器铜壁之间的液态渣被阻断，并且结晶器铜板与初生坯壳的摩擦力大于初生坯壳的强度时，初生坯壳被拉断，与铜板产生粘结。这时，被粘着的铸坯

8、和向下拉的铸坯的界面凝固壳破裂，在破裂处流入钢液，重新形成新的很薄的坯壳。在振动和滑动时该坯壳又被拉断，钢水补充后又形成另外一个薄的坯壳。这一过程反复进行，直到新坯壳达到结晶器出口后就会漏钢1。22 粘结漏钢的原因经过现场调查分析，发现铸机发生粘结漏钢的主要原因有。(1)保护渣的性能。保护渣润滑性能不好是发生粘结漏钢的主要原因。如果浇铸温度过高(过热度超过40)或过低(过热度低于15)，保护渣的润滑效果就差，导致坯壳与铜板之间的摩擦增大，就有可能发生粘结。同时液渣层的厚度也有重要影响，液渣层的厚度在1015 mm较好。(2)结晶器振动。结晶器有规律的往复振动可以防止坯壳与铜板发生粘结，同时还可

9、以获得良好的铸坯质量。如果结晶器振动不平衡，振频、振幅不合适时(如该厂低碳钢的振幅大于7 mm、振频小于110 Hz；高碳钢的振幅低于4 mm、振频大于160 Hz)，初生坯壳的摩擦阻力增大，易使坯壳粘结，导致漏钢。(3)结晶器锥度。在结晶器传递过程中，气隙热阻最大，占总热阻的7090。结晶器设计上大下小具有合适的倒锥度，可以减小下部气隙厚度，改善传热2。经分析发现，如果倒锥度过大(大于1m)，将会增加结晶器壁与初生坯壳的摩擦力；如果倒锥度过小(小于07m)，则中间的热阻很大(主要是气隙)，不利于传热，坯壳比较薄，当出结晶器下口的时，如果坯壳经受不住钢水静压力的作用，就容易造成漏钢。(4)钢水

10、过热度。有时候钢包温降大或钢包温度较低，浇至后期钢水过热度低时(小于15)，保护渣的熔化性能较差，结晶器液渣层很薄(不到10 mm)。当拉速过快时，保护渣的消耗跟不上拉速的变化，形成的液渣不足以起到润滑凝固坯壳和结晶器壁的作用，此时结晶器内坯壳摩擦力增大，使坯壳和铜板粘结在一起，造成漏钢。同时，钢水的过热度过高(大于40)的话，将导致结晶器内的初生坯壳薄，且在保护渣和钢水的静压力作用下，使坯壳与结晶器壁的摩擦力增大，容易发生粘结。2.3粘结漏钢防止措施。在引起粘结漏钢的诸多因素中，除与操作工艺有一定的关系外，大部分是由保护渣直接引起的，以下是防止漏钢的主要措施。21 选用合适的结晶器保护渣对结

11、晶器保护渣的研究和开发，应选用与钢种、拉速等工艺参数相适应的保护渣，并用适当的方式使用保护渣，主要做好以下几点。(1)首先要进行结晶器保护渣的研究和开发。因为保护渣与结晶器内钢液的凝固密切相关，选用与钢种、拉速、断面等工艺参数相适应的保护渣，2006年我厂共更换了3次保护渣，最终确定了其中一类为最佳类型的保护渣，选择合适的保护渣是避免粘连漏钢最重要的措施。保护渣的润滑性能，特别在高拉速的情况下，更为重要。这里所说的润滑，是指结晶器内坯壳与结晶器壁之间渣膜的液态润滑。要改善结晶器内的润滑状况，只有扩大渣膜的液相区和改善液相渣膜的性能来实现。目前我厂从两个方面对保护渣润滑性能进行选择，一是研究改善

12、保护渣的性能使其具有良好的润滑性；二是改进结晶器振动形式，由原来的正弦振动，改为非正弦振动，来改善其润滑作用。改善因吸收钢液中上浮夹杂物后保护渣的性能，目前做到使保护渣具有吸收夹杂物的能力并不难，而难在保护渣吸收大量夹杂物之后，还要保持其良好的性能，以满足连铸工艺的要求，特别是润滑性能和均匀传热性能。通常夹杂物含量高的钢种，如含铝、钛和稀土元素的钢种，这些元素的氧化物进入渣中，使保护渣的性能有较大的变化，如保护渣的碱度、熔化温度和粘度发生较大的变化。浇铸这类钢种时，我厂选用高碱性高玻璃化的保护渣，收到了良好效果，指标如表4、表5。(2)保护渣应均匀地加到结晶器内液面上，对板坯尤其重要，而且每次

13、加渣间隔时间不应过长，做到勤加，每次加入量要少。实行黑渣操作，保证总渣层厚在50 mm左右，粉渣层厚20 mm左右，液渣层6"-15 mm。为了准确测量结晶器保护渣三层结构厚度，便于操作工随时掌握渣况，精确测量保护渣三层结构的厚度，规定必须使用炼钢厂新发明的“结晶器保护渣测量用具”测量，保证结晶器保护渣三层结构厚度。在正常浇铸的情况下，禁止用钢条经常去搅动结晶器液面，这会破坏保护渣在结晶器内正常熔化。结晶器内有小的渣条不要紧，如果有大渣条，要保证液渣流入结晶器间隙的通道畅通，严禁挑渣操作，一种办法是将其击碎；另一种办法是沿结晶器液面将其剥离结晶器壁，顺势倒在液面上，再用渣钩把渣条轻轻

14、拖到液面中央。然后用新加入的保护渣覆盖，一般不用将渣圈挑起，因为这可能破坯结晶器与坯壳间的渣膜，使渣膜厚度不均，引起粘结和热流不均匀。(3)正确使用保护渣的工艺条件：保持结晶器内液面稳定。结晶器内液面的稳定是保证保护渣在结晶器内均匀熔化和获得均匀液渣层厚度的先决条件，从而使结晶器壁与坯壳之间渣膜均匀，以保证其均匀传热，这样方能避免粘结漏钢，而且还可以获得高质量的铸坯。我厂采取的措施为：一是优化结晶器吹氩量、调整浸入式水口吐出孔角度，减少偏流和液面波动；二是对部分smart扇形段重新标定，确保ASTC的控制精度和定期维护流道；三是调整结晶器液位控制系统电动缸伺服控制器控制参数。定位时间更短，反应

15、更快速。稳定拉坯速度。经过反复的试验和验证，在2006年钢水质量大幅度提高和其它相关条件改善的前提下，我厂对不同钢种、不同温度的拉速进行归并，放松了限制拉速的条件，升降拉速的温度梯度由以前的10扩大为20，通过EIP系统下达，确保恒拉速的顺利实施，并改进工艺路线，控制好生产节奏，避免因节奏问题影响拉速的恒定。加强保护浇铸。我厂在2006年试用多家中包覆盖剂，最后选用不结壳的高碱度覆盖剂，并调整大包水口下渣自动监测系统的参数，使大包下渣量大幅度减少，减少了钢水的二次氧化。由于我厂钢水浇铸条件改善，水口堵塞减轻。因此，2006年我厂把禁止冲棒纳人工艺规程中。(4)延长钢水吹氩和静置时间，由原来的8

16、min增加到15 min，延长钢包中夹杂物上浮时间；对要求较高的钢种进行RH处理，RH处理的产量比例由原来的10提高到现在的40；在中间包增加气幕挡墙，实行中间包满包操作，加速中包内夹杂物上浮，减少钢水中的夹杂物，净化钢水。(5)严格执行钢水温度制度，对温度不合格的钢水拒浇。在这里需要强调的是，当发现结晶器钢液面有冷钢时，缺乏操作经验的人，总是首先降低拉速，再用点钢棒搅动钢水，这是完全错误的操作，因为降低拉速，结晶器上部的钢水更新速度减慢，温度更低，更易结冷钢，保护渣更难熔化；此时搅动钢水，温降更快，而且钢水易被氧化；这不仅不能避免粘结漏钢，反而因进一步降低拉速而加剧了漏钢的发生。正确的方法是

17、降低结晶器钢液面，使高温区上移，维持原拉速，并用点钢棒把冷钢点进钢水里，促使冷钢熔化、液渣层变厚，浇铸正常进行；如果此方法无效，则应果断停浇。22加强结晶器调宽系统的监控和维护2006年我厂成立攻关组，根据每浇次间隔测量数据和调宽设计数据的比，修正调宽系统的控制精度，并在运行中自动修正自身精度。另一方面，通过对调宽系统关键部位的配件更新，保证了系统的稳定性。这样，结晶器就可以以最佳的传热速率来提高坯壳强度，同时改善结晶器的润滑性能。23 角部纵裂漏钢的特点及机理经分析总结，该厂的方坯连铸机发生角部纵裂漏钢时主要有以下一些特点。(1)漏钢位置集中在铸坯距离内外弧面角部1020 mm处，长度105

18、0 mm不等。(2)漏钢部位多发生在扇形段位置，距离结晶器下口约100400 mm。(3)漏钢的坯壳断面厚度不均，角部附近坯壳最薄处只有56 mm，而中间最厚处可达1015 mm。结晶器中的坯壳中间部位是一维传热，气隙形成较晚，同时坯壳中心部位在整个结晶器长度内冷却强度始终较高，出结晶器时坯壳较厚(1015 mm)，该处较少出现漏钢。而弯月面以下结晶器角部是二维传热，首先形成气隙，传热受阻，但由于始终为二维传热，冷却强度不算很弱；角部和中心之间的过渡部位(距角部1020 mm处)既不是二维传热也不会因钢水静压力作用而靠近结晶器壁，故冷却强度最弱，坯壳最薄，出结晶器后在钢水静压力及热应力作用下最

19、易形成纵裂纹，当裂纹较深时即会造成漏钢3。 24 角部纵裂漏钢的原因通过对铸坯角部纵裂漏钢的分析及现场观察，发现其主要原因有：(1)钢种影响。浇铸碳质量分数在008018的碳钢从液相冷却到1 495时发生包晶反应。发生该转变时，线收缩系数为98×10-5，而未发生包晶反应的Fe线收缩系数为2×10-54。因此，此类钢种发生包晶反应时线收缩量较大，坯壳与结晶器壁容易形成气隙。而气隙的过早形成会导致坯壳收缩不均和坯壳的厚度不均，故在薄弱处容易形成裂纹而导致漏钢。此外，钢中的杂质主要为P、S等的热裂纹敏感性较大，随着这些杂质元素含量的增加钢水发生热裂而漏钢的倾向增加5。

20、经对该厂漏钢的炉次进行分析，发现普碳钢的w(Mn)w(S)15，合金钢的w(Mn)w(S)20时，发生角部纵裂漏钢的可能性明显增加。(2)结晶器铜管内表面的影响。铜管制作质量差，特别是铜管面部和角部局部镀层的脱落，不仅造成结晶器表面不光滑，而且增加了热阻，造成结晶内坯壳传热不均匀，容易引起漏钢。(3)钢水温度和拉速的影响。当浇铸时钢水的过热度过低(小于15)使得拉速过高(大于18 mmin)时，缩短了钢水在结晶器内的停留时间，使出结晶器的坯壳变薄(只有几毫米)；同样，如果钢水的过热度过高导致出结晶器的坯壳薄且强度低。一旦较薄的坯壳发生破裂或出现了裂纹，就会产生漏钢。(4)浸入式水口对中的影响。

21、浸入式水口与结晶器不对中(偏离结晶器中心5 mm以上)时会产生偏流冲刷坯壳，造成结晶器内坯壳形成厚度不均匀，当偏向某角部时该处坯壳最薄，最易产生纵裂漏钢。3 改进措施针对连铸机发生漏钢的主要原因调查分析后，采取了以下相关的措施。来减少连铸机漏钢的次数。31 保障结晶器精度合格的结晶器是预防铸机发生粘结漏钢的最有效手段。为了保证生产中使用合格的结晶器，完善了结晶器使用的管理规定。上线的结晶器必须保证其锥度(控制在07m1m)、水缝(控制在46 mm)、过钢量(7 000 t以下)、铜管表面质量等符合规定的标准。每次浇铸完毕后对结晶器铜管表面进行清扫，检查其铜管表面质量，特别是弯月面处的

22、表面，发现镀铬层脱落、划痕等超过标准的及时进行更换。在结晶器大过钢量时每次开浇前测量其锥度，防止因使用时间长导致锥度超标，保证浇铸时使用合格的结晶器。同时，保证结晶器的振频、振幅在合格的范围内。在钢水的浇铸过程中定期对结晶器的振动振幅和振频进行测量，使其低碳钢的振幅控制在57 mm、振频控制在100130 Hz，高碳钢的振幅控制在35 mm、振频控制在140170 Hz，并且控制其振幅误差在±05 mm以内，振频误差在±5 Hz以内。如果超出了此范围，采取及时降低拉速的措施。 32保证结晶器保护渣的性能结晶器保护渣严格按照先进先用的原则使用，并防止其受潮。同时将结

23、晶器保护渣的液渣层厚度控制范围由以前的812 mm提高到1015 mm，以提高保护渣的保温、防止二次氧化和吸收夹杂物的性能，改善铜板与坯壳之间的润滑效果。适当增加保护渣的消耗量，根据钢种的不同，使保护渣的消耗量比以前提高01 kgt左右，控制在0305 kgt的范围内，保证结晶器铜管壁与坯壳之间起到良好的润滑作用，防止铸坯发生粘结。 33提高工艺管理和操作水平提高工艺管理水平和操作水平，严格执行工艺规程操作是预防连铸漏钢的基础。(1)加强对钢水罐的烘烤制度的管理，将钢水罐离线烘烤时间和温度分别由以前的4 h和800提高到目前的5 h和1 000。同时提高钢水罐的周转率，确保钢水在浇铸

24、过程中温度不显著下降，使中包温度合格率达到85以上。从而稳定钢水的过热度(控制在2035)和拉速。(2)严格控制钢水中的P、S等杂质元素的含量(对于普碳钢的w(Mn)w(S)控制在20以上，合金钢的w(Mn)w(S)控制在40以上)，提高钢水的洁净度，特别是对于发生包晶反应的钢种。同时，确保到达铸机平台的钢水罐的时间、钢水温度等在标准控制内，从而保证正常的浇铸周期，避免频繁调整拉速。(3)坚持“恒温恒拉速”的原则，保持浇铸工艺稳定，实现恒温浇铸，使得保护渣熔化均匀，坯壳生长均匀。如果必须调整拉速，则对于普碳钢由以前的0103 mmin降至01015 mmin的幅度操作，而对于帘线钢等优质钢由以

25、前的01501 mmin降至005 mmin的幅度操作，并且在调整拉速之前测量结晶器液渣层厚度。另外，在多炉连浇的后期，由于结晶器中保护渣随着连浇炉数的增加黏度上升，铺展性及流动性恶化，容易形成渣条、渣圈。此时及时换渣、挑渣。如不及时换渣、挑渣，黏度较高的保护渣容易被弯月面处的碳质烧结物(渣条、渣圈)阻碍保护渣流入结晶器和铸坯通道，从而引起断渣造成粘结漏钢。(4)保证水口对中。在1至5流的结晶器口放置水口对中器确保5个浸入式水口的对中。同时将水口的浸入深度严格控制在110140 mm的范围之内，并且根据拉速和中包温度进行微度的调整。在采取相关的措施后，该厂2007年全年共发生漏钢16次，只占全年生产炉数的0099，且发生粘结漏钢和角部纵裂漏钢的次数分别只有6次和2次，漏钢总次数比上一年减少了619，而发生粘结漏钢和角部纵裂漏钢的次数分别比上一年降低了的769和778，具体情况见表3。可见，与上一年相比，在控制粘结漏钢和角部纵裂漏钢方面取得了非常明显的效果。 4 结论 (1)保障结晶器的精度。保证上线结晶器的锥度、水缝、过钢量分别控制在(O71)m、46 mm、小于7 000