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钢水可浇性引起连铸机非计划断浇原因分析


第 32卷 第 6期 2010年 12月

四川冶金 S ichuan M e tallurgy

V o.l 32 N o 6 . D ec , 2010 .

钢水可浇性引起连铸机非计划断浇原因分析
孙毅杰 刘晓峰 高祝兵 张杰新
400084) ( 重庆钢铁股份公司炼钢厂, 重庆
=摘

要 > 本文通过对重钢炼钢厂因钢水可浇性原因导致的连 铸机非计划断浇事故进行分析, 找 出了引起此 堵塞 侵蚀 非计划断浇 预防 措施

类生产事故的原因, 并采取了一些预防措施, 生产实践效果较好。 =关键词 > 可浇性

POUR ING OF MOLTEN STEEL CAN BE CAU SED BY CONTINUOUS CASTING MACH INE CASTING OFF BECAU SE OF NON -PLAN
Sun Y ijie L iu X iaofeng Gao Zhub ing Zhang Jiex in
( S tee-m ak ing Plant of Chongqing Lron & Steel Co, L td. , Chongq ing 400084, Ch ina) l

[ Ab stract] The process m easures to S tee-m ak ing p lant of chongqing Iron & steel m ills m ay be due to l pouring o f m olten steel caused a contin uous casting m achine casting o f non- progra break cause of the m acc id ent analysis to ident ify the cause of the acciden t caused by such production and take a num ber o f , m i provem ents, productio n pract ice results. [ Key w ord s] castab ility congestion erosion, casting break of non- plan precautionary m easures , , , 并采取了一些预防措施, 生产实践效果较好。 2事故情况 2009年 8月至 2009年 12 月, 重钢发生由于钢 水可浇性原因导致的连铸机 非计划断浇事故 9 次 ( 具体分类见表 1) , 其中因中间包钢水温度低导致 中间包水口堵塞 2 次, 钢 包水口堵塞 ( 大包钢流跟 不上 ) 1次, 塞棒头部与中间包上水口碗部之间堵塞 1次, 中间包水口夹杂物堵塞 3次, 塞棒侵蚀严重 1 次, 保护浇注不良导致夹杂物堵塞 1次。

1 前言 钢水可浇性不良一直是困扰连铸机正常连续生 产的难题。钢水可浇性不良不仅会影响铸坯表面质 量、 内部质量和连铸机正常浇注, 而且严重的会导致 铸机非计划断浇或提前换包, 影响炼钢厂的生产组 织管理, 给企业造成严重 的经济损失, 增加生产成 本。本文通过对重庆钢铁股份公司炼钢厂 ( 以下简 称重钢 ) 因钢水可浇性原因导致的连铸机非计划断 浇事故进行分析, 找出了引起此类生产事故的原因,
表 1
项目 次数 /次 比例 /% 中间包钢水温 度低水口堵塞 2 22. 2

钢水可浇性导致铸机非计划断浇事故原 因分类
钢包水口 堵塞 1 11 1 . 塞棒头部与中间包 上水口碗部之间堵塞 1 11 1 . 中间包水 口堵塞 3 33. 3 保护浇注不良 1 11 1 . 塞棒侵 蚀严重 1 11 1 . 堵塞 原因 8 88 9 .

收稿日期: 2010- 08- 20 作者简介: 刘晓峰, 男, 工程师, 从事炉外 精炼及耐火材料工艺。

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从表 1可见, 由于钢水可浇性原因造成连铸机 非计划断浇事故中, 多为堵塞原因造成, 占整个事故 比例的 8819 , 其中中间包水口堵塞和低温原因的 % 比例相对较高, 分别为 3313 和 2212 。其它原因 % % 各为 1次, 占比例 1111 。 % 3 原因分析 3 1 钢水温度低堵塞 . 为了保证铸坯的质量和连铸操作的正常进行, 必须控制合适而稳定 的浇注温度
[ 1]

3 2 夹杂物堵塞 . 3 2 1 钢包水口堵塞 . . 连铸机按照正常的铸温铸速浇注中, 钢包滑动 水口处于全开状态, 中间包钢水液面不断下落, 钢水 从钢包流出速度跟不上铸机的设定拉速, 即通常所 说的 / 钢包钢流跟不上 0。 / 钢包钢流跟不上 0主要原因 是由于钢包上水 口被夹杂物堵塞所致。这种堵塞来自钢包中钢水脱 氧形成的大尺寸网状夹杂物的沉积, 同时还发现, 由 于较低的合金成份含量, 非金属杂质的网状结构中 金属的熔化温度在某种程度上高于其周围熔液的温 度
[ 2]

。钢水低过热

度控制有利于提高铸坯质量和连铸 机的高效率生 产, 但过热度太小, 钢水粘度增加, 夹杂物不易上浮, 流动性变差, 易使水口发生堵塞甚至冻结 ( 水口堵 塞物见图 1), 使铸机不能顺利浇注, 造成铸机非计 划断浇。

。钢包上水口堵塞干扰 了钢水从钢包 中正常

流出, 这种堵塞现象在大多数情况下会很快导致水 口孔的全部堵塞, 使连铸机浇注中断。 彭平等
[ 3]

对钙处理高碳 钢堵塞物形貌 进行过

低倍分析, 认为瘤样 ( 堵塞物 ) 分两个不同区域, 在 上水口沿着边部的深色带, 为结瘤区域, 瘤样中部为 注流凝固区域, 边缘结瘤区最大宽度为 30 mm。经 过电子探 针扫描分 析认为该 堵塞物为高 熔点 ( 1700e 左右 ) 的 钙铝 酸盐 CaO # 6A l2 O3 夹杂 物。 魏春新等
[ 4]

认为 硅镇静钢或含铝要求不高 的钢种

的水口 沉积 物 主要 是 SiO2、 nO2、 eO、 l2O 3 ( 少 M F A 量 ) 等, 产生的原因是 M n /S i较小, 脱氧产物主要是 S i 2 以固体形态析出, 恶化钢水 流动性, 使 水口直 O 径变细, 水口局部钢水温度下降, 导致完全堵塞。铝 镇静钢或含 A l较高钢种的水口沉积物的主要组成 是 S i 2、 nO、 e2O 3、 l2 O3 等, 其中 A l2 03 的来源大 O M F A 部分是钢中浮游的脱氧产物。
图 1 中间包钢水温度低造成水口堵塞实物

3 2 2 中间包水口堵塞 . . 中间包水口堵塞是最常见的可浇性问题, 很多 炼钢工作者对其都有深入的研究
[ 5] - [ 7 ]

造成钢水过热度低于规定值的原因主要有: ? 人为原因造成铸机开浇前钢水温度控制偏 低。 ? 钢水吹氩不良, 导致钢水在钢包内出现温度 分层或钢包顶渣未完全熔化。在浇注过程中, 顶渣 不断吸热, 降低了钢包钢水温度。 ? 钢包或中间包尚未 / 热透 0, 造成浇注过程中 钢包和中间包钢水温降过大。 ? 钢包、 中间包渣面保温未做好或浇注过程中 钢包未加盖保温。 ? 铸机拉速低于规定拉速, 浇注时间延长, 中 间包钢水温度低。

。从水口堵

塞形态来看, 水口堵塞的沉积物分为 3层 ( 见图 2), 即耐火材料脱碳层、 致密夹杂层、 蓬松钢渣混合层。 耐火材料脱碳层是钢水中的物质和耐火材料间以及 耐火材料中的物质间在高 温下发生了化学 反应形 成; 致密夹杂层是化学反应形成或钢水中自带的以 A l2 O3 为主夹杂物沉积 在粗糙水口表面壁形成; 蓬 松钢渣混合层是钢液速度分流附着夹杂物和钢珠形 成的, 此层加剧水口堵塞。 水口堵塞是由于钢水中高熔点的化合物 A l2O 3 ( 熔点 2020e ) 、 CaS( 熔点 2450e )或 A l2 O3 # M gO

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图 3 塞棒与中间包水口座砖间堵塞 图 2 中间包水口堵塞形态

目前我厂中间包塞棒侵蚀严重主要是由于塞棒 头部侵蚀严重或掉块 ( 掉头 ) 问题。塞棒严重侵蚀 实物形貌 ( 见图 4) 。分析原因主要有以下几种:

等粘附在水库内壁上造成 的

[ 8]

。 A l O 3 的来源为: 2

? 钢水中悬浮的 A l2O 3, 它是堵塞物中 A l2 O3 的主要 来源。 ? 扩散浸入到耐火材料中的氧气与钢水中的 铝反应生 成 A l2 O3。 ? 水口 材料 与钢 水反应 生成 A l2O 3。水口材料与钢水反应生成 A l2O 3 的反应层 较薄, 远不能达到堵塞水口的厚度, 对水口堵塞有间 接影响。 CaS的主要来源为钢水加钙处理时, 由于 钙与氧的亲和力大于硫, 钢中的 [ S] 与 [ C a] 发生化 学反应生成 CaS 。特别是当钢水硫含量高, 铝含量 也高时, 难免 C aS和 A l2 O3 的生成。 3 2 3 塞棒头部与中间包上水口碗部之间堵塞 . . 当钢液中 的夹杂物与铝碳质塞棒及水口接触 时, 会粘附沉积在塞棒头部与中间包水口座砖碗部 之间的耐材表面上, 导致塞棒端头与水口之间距离 变小, 而迫使塞棒向上移 动, 表现为 塞棒开口度上 涨, 即夹杂物沉积引起 / 垫棒 0。 在浇钢过程中塞棒头部与中间包上水口碗部区 域形成一定的负压区, 钢水中的夹杂物受此作用会 附着粘结在塞棒头部与中间包上水口碗部区域 ( 见 图 3) 。出现 / 垫棒 0现象后, 表现为塞棒控流困难, 结晶器钢水液面不稳定。通常采取从中间包水口下 朝上烧氧熔化沉积夹杂物或不断抬压塞棒瓦解沉积 夹杂物, 使夹杂物被迫脱落。 由于钢水洁净度原因, / 垫棒 0和水口堵塞往往 伴随发生。 3 3 塞棒异常侵蚀 . 当塞棒或水口发生侵蚀时塞棒会向下移动, 表 现为塞棒开口度下降。塞棒塞头侵蚀严重或不均匀 侵蚀, 会严重影响塞棒的控流效果。

图 4 塞棒严重侵蚀实物

? 石墨的氧化

[ 9]

。材料中石墨 的氧化在 材料

的侵蚀过程中是一个很重要的过程。钢液中 [ O ] 含 量对材料中的石墨有氧化作用, 而其含量直接决定 石墨的氧化速度。当材料表面的石墨被氧化后, 塞 棒中的其他氧化物骨料颗 粒直接与钢水或 渣液接 触, 使得骨料与钢液和渣液中的氧化物反应, 形成低 融物, 从而被逐步融蚀。 ? 钢水的钙处理。我厂中间包塞棒及水口的材 质为铝碳质耐火材料, 钢液中的 [ Ca] 会与耐材表面 的 A l2 O3 反应生成低熔点 12CaO# 7 A l2 O3, 导致塞 棒及水口不断被侵蚀。当塞棒烘烤抽风超时时, 塞 棒表面会发生氧化和裂纹, 在钢水冲刷及 [ Ca] 侵蚀 作用下, 塞棒的侵蚀加快。

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? 浇钢时塞棒头部的负压作用。在浇钢过程中 塞棒头与中间包水口座砖的碗部区域形成一定的负 压区, 在钢水快速注入水口的过程中材质强度低或 颗粒组织不均匀, 极易造成局部的剥落。 ?粘结作用。在浇钢过程中发生粘结时, 塞棒 突然关闭, 对塞棒头产生很大的负作用, 棒头可能局 部掉块, 或与水口碗部钢液粘结吸附部分夹杂物, 当 恢复拉速后, 钢水冲刷带走这部分夹杂物, 造成塞棒 头部的局部剥落。 ? 结构剥落。塞棒烘烤不好, 很容易在热应力 的作用下产生微裂纹, 在浇钢过程中随钢水的渗入 和冲刷作用分离而剥落。 4 预防措施 4 1 提高中间包钢水温度合格率 . 中间包钢液温度过低会引起钢水浇注变差, 容 易造成水口堵塞。为杜绝事故发生, 重钢采取了以 下预防措施: ? 制定钢包热状况分级评判制度, 严格按照制 度分类钢 包热状 况。保 证钢 包在线 烘烤 时间 \ 8 m in 。严格按照钢包热状况级别进行过程温度补偿 控制。 ? 对于经直吹氩站路线钢种, 除保证软吹氩时 间 \3 m in 外, 还应有 3~ 5 m in的大流量吹氩时间, 保证钢包顶渣全部熔化和钢包内钢水温度均匀。 ? 对新钢包或退出周转时间较长的钢包, 尽可 能安排经 LF 工艺路线, 延长钢包蓄热时间, 以降低 在浇注过程中的温度损失。 ?严格按照工艺要求加入钢水保温剂和中间包 钢水保温剂。浇注过程钢包加盖, 降低钢水表面热 辐射降温。 ? 保证中间包烘烤时间大于 90 m in 保证中间 , 包 / 烘透 0。 ?若钢包钢水 温度较低时, 应通过 钢水进 LF 升温推迟开浇时间, 提高开浇成功率。 4 2 提高钢水洁净度 . 提高钢水 的洁净度 , 降低 钢水 中的固 体夹 杂 物总量, 是降低夹 杂物在 浇注过 程中发 生堵塞 的 有效途 径。重 钢采 取 以下 措 施提 高 钢 水的 洁 净 度: ? 转炉冶炼过程减少 / 点吹 0次数, 防止钢水过 氧化, 从源头减少钢水夹杂物生成量。

? 处理好经直吹氩站路线钢水喂 A l线预脱氧、 钢水浇注堵塞和铸坯发生 / 气泡 0缺陷的关系, 保证 软吹氩时间 \ 3 m in 尽量延长软吹氩时间 \5 m in , 。 ? 做好挡渣出钢操作, 防止大量氧化性炉渣进 入钢包。 LF 做 好白渣精 炼, 使 ( F eO ) + ( M nO ) < 1 , 减少钢包顶渣中的氧向钢液中传递。 % ? 尽量做到钢水脱氧加铝适当, 调铝应尽量提 前进行, 禁止在 LF 钢水钙处理后调整成分铝, 避免 大尺寸夹杂物在精炼后期形成。 ? LF 钙处理后的软吹氩时间 \ 8 m in 保证钢 , 水中夹杂物充分上浮去除。 ? 若钢包下水口、 中间包长水口破裂时, 由于钢 包钢水不断下注, 在水口内会形成 / 真空泵 0抽气, 使流经水口的钢水氧化, 产生大量大颗粒夹杂物, 恶 化钢水可浇性。因此, 出现此种情况应尽快处理。 4 3 钙处理 . 钢水中加入 [ Ca] 可将脱氧产生的高熔点 ( 熔点 2020e ) A l2 O3 夹杂物变成低熔点的铝酸钙, 在炼钢 温度下呈液态, 可以迅速浮出钢液去除, 避免水口堵 塞现象。 铝镇静钢的加 [ C a] 量主要取决于钢液中 [ Ca / A l] 比值, 当其值在 0109% ~ 0113 时, 生成夹杂物 % 主要是 12CaO# 7A l2 O3 ( 熔点 1415e ) , 能极大地改 善钢液的流动性, 避免水口堵塞, 前提是钢水 [ S] [ 0 015 , 否则钙处理过程将生成高熔点的 CaS ( 熔 . % 点 1723e ), 同样会发生水口堵塞。若加入钢水中 的 [ C a] 含量较高, 必然造成钢液中的 [ Ca]会与耐火 材料表面的 [ A l] 发生化学反应加强, 导致塞棒受钢 液侵蚀加剧。 为此, 重钢开发了分钢种钙处理技术, 通过控制 钢水中 [ Ca] 的含量来解决钢水可浇性问题。 4 4 可浇性信息传递 . 钢水可 浇 性 问 题 的 解 决 是 一 个 系 统 工 程 。 为因降低钢水可浇 差引起 生产事 故发生 率, 在连 铸浇注过 程中 出现 得 钢水 可 浇性 问 题应 该 做到 早发 现、 调 整、 解 决, 避 免 事 故 扩 大 化。为 早 早 此, 重 钢对 出现 的钢 水 可浇 性问 题, 制 定了 一系 列较完善的信息传递、 认、 确 工艺 调整措 施, 降低 生产事故发生率。 5 取得效果 通过采取以上措施, 重钢炼钢厂因钢水可浇性

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问题大幅缓和, 连铸过程基本顺行, 因钢水可浇性导 致的生产事 故和钢 种降级 改判大 幅度降 低 ( 见图

5)。尽管如此, 现实生 产中, 因生产波动及 控制不 稳定等因素, 仍然存在钢水可浇性差的现象。

图 5 钢水可浇性改进前后指标对比

6 结束语 由于钢水可浇性原因引起非计划断浇生产事故 的主要原因有: 钢水温度低、 钢水洁净度低导致的水 口堵塞、 垫棒 0和塞棒侵蚀导致的控流机构失灵等 / 原因。重钢炼钢厂通过采取针对性措施, 钢水可浇 性问题基本大幅缓和, 连铸过程基本顺行。尽管如 此, 现实生产中, 因生产波动及控制不稳定等因素, 仍然存在钢水可浇性差的现象, 依然需要重视和努 力解决。 参考文献
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( 上接第 34页 ) 参考文献
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坚持科学发展观 提高自主创新能力 发展循环经济


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