矩形坯非连续性脱方问题研究

毛伟龙，冯振亮，李善阳

（日照钢铁控股集团有限公司，山东 日照 276800）

0 引言

日照钢铁控股集团有限公司（全文简称“日钢”）第一炼钢厂H 型钢生产线主要生产小型钢材。为保证轧制质量，要求矩形坯横截面对角线之差≤9 mm，该指标超标时，H 型钢在轧制过程中会出现扭曲等轧废问题。

近期H 型钢生产线出现了脱方事故，并且呈非连续性出现，生产过程中采取降速措施降低脱方量。该问题对生产节奏及H 型钢的生产造成了较大影响，铸坯非连续性脱方出现呈现非连续性、无规律性，致使脱方原因难以发现，成为限制矩形坯连铸机产能释放的一大难题。

1 连铸机工艺参数

日钢H 型钢生产线1 号连铸机于2003 年8 月投产（三机三流），2006 年改造为五机五流，采用快换式定径水口控制、浸入式水口保护浇铸、结晶器液面自动控制、保护渣和事故摆槽等浇注方式，具体的工艺参数如表1 所示。

表1 连铸机工艺参数

2 脱方机理

脱方是铸坯常见的缺陷之一。铸坯脱方成因在于铸坯坯壳在结晶器内的冷却不均匀，引起坯壳的线收缩量不同，造成脱方，即脱方的根源在于结晶器。出结晶器后，二冷区冷却不均匀会使脱方的程度加剧，使冷却较强的部分形成锐角，冷却较弱的部分形成钝角。

对H 型钢而言，铸坯脱方量较大，会造成粗轧过程中出现扭曲、轧偏等现象，造成废品。

3 非连续性脱方成因分析

3.1 非连续性脱方跟踪数据

对1 号连铸机2022 年5 月份的铸坯进行跟踪，因脱方造成的废品率为0.98%，而4 月份因脱方判废发生率为0；同时对铸坯脱方量跟踪发现，同一支铸坯两头脱方量差别较大，并且呈非连续性出现。表2是对一流20 支铸坯前头和后头脱方量（对角线之差）的跟踪数据（拉速不变）。

表2 脱方量对比

跟踪数据发现：个别铸坯前头和后头的脱方量差别较大；铸坯脱方量偶尔有超标现象，并且为非连续性出现。

3.2 钢水成分w（S）对非连续性脱方的影响

钢水成分是影响铸坯收缩率、传热系数的主要因素之一。钢水w（C）在0.10%时容易造成脱方[1]，而钢中硫含量会促进钢的热传递[2]，从而影响结晶器内坯壳的线收缩量，最终造成脱方。实践证明，钢中w（S）大于0.030%时，铸坯脱方量（断面对角线之差）明显增加，如图1 所示。

图1 脱方量与钢中S 含量的关系

日钢第一炼钢厂实现了高效连铸的生产模式，节奏快是主要的特色之一。第一炼钢厂1 号连铸机采用非精炼流程，由于受生产节奏的影响，不能保证每炉吹氩处理达到工艺要求，这导致钢水成分不均匀。当钢中w（S）大于0.030%时，吹氩不到位，导致钢水中S含量不均匀，在结晶器内形成坯壳后，由于各面的w（S）不同，导致热传递出现偏差，即铸坯四个面冷却不均匀，坯壳的线收缩量出现偏差，导致脱方。由于钢中成分w（S）的不均匀性，脱方的出现呈非连续性。

3.3 结晶器水管道结垢对非连续性脱方的影响

日钢1 号连铸机自2003 年投产以来，以高效生产模式组织生产，现作业率约92%，检修时间偏少，造成管道结垢严重，曾发现结晶器水缝中结垢物直径约为5 mm。

结垢物随冷却水进入结晶器水缝中，当结垢物偏大时，结晶器个别部位会出现瞬时堵塞现象，致使结晶器冷却水出现间歇性沸腾，导致个别部位冷却偏差，坯壳线收缩量降低，造成脱方。由于结晶器水的堵塞或间歇性沸腾是瞬时的，造成铸坯脱方的情况也时有时无，呈现出脱方的非连续性。

3.4 偏摆量对非连续性脱方的影响

结晶器是连铸机的“心脏”，若结晶器内坯壳与铜管间的气隙大小不一，容易造成冷却不均，坯壳厚度不同，导致脱方的出现。由于连铸机作业率高、检修时间短，振动支撑梁腐蚀严重，使结晶器出现间歇性共振现象。结晶器偏摆量出现无规律波动，个别流次最大瞬时偏摆量为0.4 mm，超出了规定的0.2 mm。

由于结晶器的偏摆增大，形成铸坯坯壳后，坯壳与结晶器铜管间的气隙不均匀，冷却不均匀，致使坯壳的线收缩量不同，最终造成脱方。由于偏摆量呈非连续性，造成铸坯出现非连续性脱方。

4 改进措施及效果

4.1 改进措施

1）针对脱方量（断面对角线之差）在15 mm 以下的铸坯，提高热送率，可减少由于非连续性脱方造成的轧废，对脱方量超标的20 钢坯全部热送跟踪发现，铸坯轧废率为0。

2）为了杜绝硫含量对脱方量的影响，生产过程中一般将w（S）控制在0.030%以下，采取了高硫降速、高硫进精炼脱硫的处理方式，从而减少了铸坯脱方量，脱方情况统计情况表3 所示。

表3 脱方统计表

3）保证生产节奏，延长炉后处理时间，保证钢水成分、温度的均匀性，使坯壳的传热一致。

4）为减轻设备老化造成的结垢现象，利用更换结晶器时间，延长对结晶器管道的冲洗时间，尽量冲掉管道内静止后存留的结垢物，有效地减轻了非连续性脱方问题的出现；定期对结晶器管道进行更换，减少管道结垢的影响。

5）对支撑梁进行找平、加固处理后（大修时对大梁进行更换），共振现象消失，有效控制了非连续性脱方的出现。

6）保证二冷水的冷却，降低由于二冷不均匀造成的脱方量增大的现象。

4.2 改进效果

通过以上改进措施，自2023 年1 月份大修后，以及对振动梁、管道等进行更换后，现铸坯脱方判废率为0。

5 结语

实践证明，本次矩形坯非连续性脱方事故主要原因是：钢水成分w（S）偏高且不均匀、结晶器水管道结垢、结晶器共振，这三个因素造成铸坯在结晶器内的冷却不均匀，并且呈现非连续性。通过采取相应的控制措施，有效地控制了铸坯非连续性脱方问题。