连铸漏钢原因分析与控制措施

连铸漏钢原因分析与控制措施

毛宏观

介绍连铸是用来表示铸造过程的一个术语，涉及用液态金属连续大量生产横断面一定的固体金属型材。铸件质量、等级和形状会影响产品的最终使用，即随后精轧机的轧制。全世界90．5％的粗钢都要经过连铸，它因可提高炼钢的产量、质量、生产率和经济隋况而获得广泛应用。依据预期年产量、钢水利用率和预期处理时间，设计连铸机的流数和拉速，以匹配炼钢车间钢液的供给。温度和化学成分均匀是连铸用钢的基本要求。钢水出钢后倒入钢包，进行各种处理包括合金化和脱气。之后，钢包被运送到连铸车间进行吹氩处理，调整到连铸需要的温度后，放置在旋转台上。打开钢包滑动门，钢水通过耐火砖套流人中间包。中间包内装有各种控流装置如坝、堰、挡板和冲击垫，这些装置可增强夹杂物分离并确保钢水平稳地流进结晶器。包内钢水通过用塞棒和计量水口控制的注流孔注入结晶器。在大方坯连铸机／板坯连铸机的中间包和结晶器之间的浸入式水口有助于避免钢流的再氧化。为启动连铸机，结晶器底部用一引锭杆密封，引锭杆由拉矫机在喷雾室以液压方式控制，以防止钢液从结晶器底流出。流入结晶器的钢水部分凝固成硬化坯壳和液芯。为抑制钢水的湍流和控制液面波动，在现代连铸机上安装带有放射源或浮子装置的结晶器液面自动控制器。结晶器配有振动器，通过调整频率、行程和模式，改变结晶器振动周期，防止坯壳粘结到结晶器上。启用负速拉坯行程模式，该周期的下一行程能使结晶器振动的比断面拉速更快，才能提高坯壳强度。坯壳和结晶器之间的摩擦可通过使用结晶器润滑剂如油或粉状熔剂来减小。一旦坯壳厚度足够，拉矫机开始启动，通过引锭杆抽出部分凝固铸流，中间包内钢水连续流入结晶器。拉速视钢的横断面、等级和质量而定。离开结晶器后，形成坚固坯壳的铸流进入铸辊密封区和二次冷却室。结晶器下面的支撑辊刚性强，辊隙窄，使钢水静压力造成的鼓肚减至最小，防止产生裂纹和偏析。因此，要用水或者水一气混合物(气雾)喷射冷却凝固铸流，促进凝固，这样可保持铸形的完整f生和产品质量。铸辊密封区是以铸造产品的横断面为基础，断面越大，铸辊密封区越长。铸流完全凝固后，通过拉矫机断开引锭杆。之后，按照定尺长度用乙炔氧切割机或飞剪切割铸坯。连铸机的可靠性(就其有效性和利用率而言)是改进产量和提高生产率的关键。连铸时任何操作故障都可导致铸机停机，影响其有效性。因此，必须重视连铸操作故障的排除，以加强铸机的有效性。漏钢一影响铸机有效性连铸中遇到的主要操作故障之一是“漏钢”。当铸流坯壳破裂时，坯壳内静止的熔融钢水溢出，堵塞机器，需要付出昂贵的停机代价。为拉出漏钢坯壳，就要再延长漏钢引起的停机时间，因为它可能会堵塞导辊或足辊，需要用气割清理堵塞，拉出坯壳。当漏钢坯壳温度降低时，需要把它切成小块，用矫直机从机器中取出，而矫直机设计成能在稳定阶段逐步地矫直曲冷坯壳，上轧辊可提供足够的提升重力，弄出不太长的弯曲铸流。因此，漏钢对铸机的有效性有重大影响——影响生产率和生产成本。漏钢的影响因素影响漏钢发生的因素有：温度和拉速不一致—铝习水过热度越高，坯壳厚度越薄。由于结晶器中钢水施加的静压力，导致坯壳发生膨胀。当坯壳强度不够时，容易发生漏钢。不一致和不均匀的温度对漏钢的产生有很大影响。当拉速增大时，较易发生漏钢，因为结晶器不够润滑，从弯月面到坯壳／结晶器壁面，结晶器保护渣流动性较差，而且增大拉速会导致总放热量减少。漏钢常常是由于拉速太高造成的，当坯壳没有足够时间凝固到需要厚度时，或者金属太热，这意味着最终凝固正好发生在矫直辊下方，因矫直时施加应力，坯壳撕裂。对于钢中碳含量一定时，温度高且拉速快容易发生漏钢。在振动设置上所作的任何改变都会促使漏钢发生，因为通过提高振动频率来减少振痕的做法会增加结晶器速率，从而增加交界面处的摩擦力。结晶器和坯壳之间润滑不良——如果使用质量较差的保护渣，弯月面下方的钢水容易夹渣，导致结晶器和坯壳粘结，拉坯中断，造成悬挂漏钢。方坯连铸时，因润滑不良或不均，坯壳粘结到结晶器上，影响传热，造成粘结漏钢。结晶器中无效水流——减少进入结晶器的水流会导致传热降低，致使形成薄坯壳，最终导致漏钢。进出口的水温、压力和流速的不同直接影响结晶器的冷却。结晶器冷却系统堵塞导致压力增加，流速减小，影响传热，易发生漏钢。因而进出口水温(高温)

的巨大差异导致结晶器与坯壳粘结，容易发生拉断漏钢。结晶器几何形状不当——为增加钢水一结晶器接触面，调节结晶器锥度，以适应钢的凝固收缩，从而增加结晶器的传热，增加坯壳厚度。对于高速方坯连铸机上带线性锥度的传统结晶器而言，弯月面处的热传递迅速使铸流凝固成一固体外壳，随着外壳的收缩，角部脱离结晶器，停止热传递。因此，在结晶器底部，除了角部有再熔化之外，坯壳继续生长。当坯壳离开结晶器时，坯壳温度变化较大，此时增加拉速可能导致漏钢。如果调节的锥度不合要求，结晶器和坯壳之间就会产生气隙，当空气对结晶器中热量传递的阻力达到最大时，它将严重妨碍所需厚度的坯壳形成，最终导致漏钢。磨损和变形造成的结晶器锥度损耗会导致角部纵裂显著增加，这是由于角部再加热的结果。就结晶器变形而言，产生原因是结晶器铜板厚度较薄，不足以支持铜板的热膨胀。还可能是在引锭杆插入结晶器时，导致结晶器下部损坏而造成结晶器变形。结晶器锥度过大会增加拉坯阻力，导致结晶器磨损加大。倒锥度加上热缩造成气隙厚度增加，进而加大角部磨损，因此，要降低使表面温度升高的传热。此现象始终伴随着钢水静压力，这会诱发角部表面产生拉伸应变，从而引发裂纹。这种裂纹会以固定方式大大降低坯壳厚度，可能最终导致漏钢。结晶器圆角半径越大，气隙就越大。该气隙阻碍了热传递，致使形成薄坯壳，容易漏钢。在板坯／大方坯连铸机中，4个分离的铜板被固定，形成空穴环绕在其之间。如果2个铜板之间的接合处有气隙，初始金属就会渗入气隙并开始凝固，在后期造成悬挂，导致漏钢。因而，结晶器调整的不合适就会影响热传递机理，造成漏钢。结晶器中钢液面高度不适——连铸期间，结晶器中的钢液面需要维持在结晶器高度的70％～80％。如果钢液面降到浸入式水口以下，那么随后加入的钢水形成的凝固坯壳较薄，容易漏钢。在换水口、换中间包或中间包水口堵塞期间可能发生钢液面下降。当限制钢水从中间包流进结晶器时，如果不调整拉速，可能发生漏钢。因此，如果塞棒控制不合适导致转动而造成钢水溢流，粘结到结晶器顶部，造成悬挂，拉坯受阻，导致漏钢。钢液面的降低还会造成夹渣。如果有充足时间使塞棒关闭浸入式水口，钢液面可降低到允许极限以下。如果浇注再次开始，钢水会抑制结晶器保护渣，造成夹渣。因此，在全连铸换钢包时，中间包钢液面下降，如果操作不当，中间包渣可通过浸入式水口进入结晶器内的钢水中。钢流的氧化产物、不当的脱氧产物、方坯结晶器中铝丝喷加不当造成Al2O3偏高而形成的高粘度渣，都可能渗入坯壳形成夹渣，局部抑制坯壳形成，降低坯壳和结晶器间的润滑度，易粘结，导致拉坯中断，发生漏钢。中间包浇注流偏心——中间包浇注流偏心导致传热不均，造成凝固坯壳厚薄不均，坯壳薄弱处强度降低，难以承受钢水静压力，因而漏钢。气雾冷却喷嘴堵塞——足辊区设在结晶器下方，在此水经喷嘴直接喷于坯壳上。坯壳受到辊子的压力，使坯壳更光滑。此时，传递的热量最大，便于形成更厚的坯壳。如果喷嘴堵塞，坯壳厚度将变薄，易造成漏钢。万一堵塞，需要靠拉辊施加外力，如果超过极限，就会造成坯壳表面破裂，漏钢。引锭杆不规则性——钢水一旦在结晶器引锭杆上方凝固，形成足够厚度的坯壳，就将引锭杆慢慢拉出。如果不按规律拉出引锭杆，则易发生漏钢。同样地，引锭杆装配不牢固会使钢水从结晶器流出，导致漏钢。如果引锭杆在引锭杆头提升前从坯壳中过早的分离出来，易导致漏钢。漏钢类型根据漏钢坯壳的外观，大致把漏钢分成以下几类：悬挂或粘结引起漏钢——钢水粘结到结晶器上，因而称为粘结或悬挂。这可能是由结晶器和坯壳之间润滑不适或者结晶器调节不当引起的，而润滑不适可能是由质量较差的保护渣、结晶器中坯壳夹渣、结晶器钢水溢流、结晶器角缝、方坯连铸机润减不良／不均等原因造成的。裂纹引起漏钢——坯壳角部纵裂和宽面纵向裂纹都会造成漏钢发生。如果纵向裂纹引起漏钢，则保护渣流动不均，结晶器传热不均导致坯壳厚度不均，保护渣选择不当和结晶器冷却不均造成冷却时坯壳破裂。对角部纵裂引起漏钢来说，沿结晶器窄面凝固厚度不够的坯壳因收缩时受到拉伸应力而破裂，拉伸应力是由结晶器窄面锥度减小和窄面传热不均造成的。夹渣漏钢——坯壳夹带保护渣或大粒夹杂物导致传热减少，形成薄坯壳而漏钢。方坯连铸时，二次氧化产物、低碳钢冶炼时高粘性渣中不当的脱氧产物，结晶器中铝丝喷加不当造成Al2O3偏高，这些都促使坯壳夹渣，抑制坯壳生长，造成漏钢。薄壳漏钢——观察方坯连铸机中这类漏钢

是由结晶器中坯壳厚度不均造成的，原因可能是结晶器中浇注流偏心，或结晶器冷却管严重变形。停止浇注引起漏钢——连铸过程中发生中断而未能断开停止浇注，如果衔接点不能承受重新浇铸施加的拉力，则整炉钢都会溢漏。控制漏钢的措施考虑到漏钢对连铸机利用率和有效性的影响，须采取必要措施控制漏钢的发生。●仅在浇注平台吹氩后进行测温，确保温度的均匀性。根据钢的化学成分，浇注流温度必须保持过热约60℃，才能把钢包放置在回转台上，以确保钢水在中间包内过热25～35℃。●根据在钢包中监测的温度控制拉速。钢中的碳含量一一定时，确保温度随拉速减小而升高，拉速随温度降低而增大。因此，要依据钢的温度和碳含量正确调整拉速。逐步增加拉速，通过一定的拉速来保持稳态连铸。连铸中的任何中断都要降低拉速。●任何保护渣都有有效期，因此过期后不应使用。保护渣只有在铸造期间才能打开，放在高瓦数灯泡下使其干燥。再次铸造时不能使用敞开袋的保护渣。按照规定的钢化学成分选择合适的保护渣。铸造开始时，要用粘性低和熔点低的初始保护渣。对于方坯连铸机，要确保结晶器中亚麻籽油分布均匀。●对于板坯／大方坯连铸机，测量熔渣池厚度，以判断渣池厚度是否超过10mm及由附着于钢板上的钢、铜和铝丝组成的设备行程，这有助于避免夹渣、坯壳润滑均匀。●对于高速方坯连铸机，可使用多种锥度的结晶器，代替传统线性锥度结晶器。要检查结晶器的变形情况(如果有)。选择合适的结晶器锥度并根据钢韵等级和其在板坯／大方坯连铸机上的凝固方式，调节锥度以适应窄面。●在连铸开始前，通过测量水压的增加，检查结晶器中的水流量，查明堵塞情况(如果有)。总的说来，检查进出口水温、压力和流量的差异，还有流量设备。水质也要检查。根据钢的等级和其凝固方式，调整结晶器冷却模式，即水流量(1／min)，以适应各种结晶器表面。为控制粘结，使用热电偶检测结晶器壁温变化，并降低拉速，以使坯壳继续均匀生长。对于给定的连铸机，要确保进出口水温之间的差异不能在连铸期间超过规定值。●保证沿铜板的圆角半径最大值是0．2mm。如果角缝存在于铜板接合处，在开始连铸前要用石膏或石灰填充角缝。●在连铸机上安装结晶器液面自动控制器，以保持结晶器的钢液面。为区别结晶器中的钢水和炉渣，并检查夹渣情况，在结晶器上安装电磁传感器。●在铸造前，要调整中间包水口，进行对中。处理中间包水口堵塞，把钢包放置在回转台上之前，要确保Ca—Si芯的金属丝喷入，符合高铝钢的要求，以便形成低熔点铝酸钙。使用冷冻器避免塞棒转动。●通过使用中间包金属保护性熔剂和在钢包和中间包之间使用屏蔽板，确保脱氧产物适当，防止二次氧化产物生成，对于方坯连铸机要维持Mn／Si>3。●用石棉绳密封引锭杆头，使用激冷箱，保证铸造前激冷箱的正确分布。●为确定堵塞情况(如果有)，检查喷雾冷却喷嘴和水流量。