小方坯连铸机钢水瞬间断流的原因与控制措施

苏 磊，汤寅波，刘明华，张世涛，董小明

(马钢股份公司 长材事业部 安徽马鞍山 24300)

长材事业部北区连铸分厂有四台四机四流小方坯连铸机，结构类似，列举其中3#连铸机的工艺参数见表1。

表1 3#连铸机主要技术参数

长材北区的3#连铸机中间包使用的是定径水口快换机构(如图1)，通过液压油缸更换不同孔径的下水口来调节拉速。

瞬间断流是指在钢水正常浇注过程中水口被异物堵塞(如图2)造成钢流变小甚至无流的现象，此时铸坯拉速会突然降到0.5 m/min以下或直接回零，如果夹杂物被钢流冲出，拉速又瞬间升到3 m/min以上的生产异常现象(如图3所示)。本厂3#连铸机的正常拉速一般在2.5 m/min左右。瞬间断流如果控制处理不当，极易造成粘结漏钢、卷渣漏钢或者溢钢事故。漏钢在生产中属于恶性事故，轻则会造成停流，重则会造成停机或者钢水回炉，增大了劳动强度，甚至还会造成设备损坏危及人身安全。因此对小方坯瞬间断流产生的原因进行分析，做到预防和控制具有十分重要的意义。

图1 定径快换机构

图2 被夹杂物堵塞的下水口

图3 发生瞬间断流时的拉速变化

1 瞬间断流的类型

收集产生瞬间断流打下来的下水口，发现部分水口内存在块状异物(如图2)，部分下水口内壁富集了颗粒状物质，经过化验分析，水口内壁富集的颗粒物主要成分为Al2O3、SiO2，块状异物成分和中间包耐材成分接近，也发现过氧化锆材质的异物。

2 瞬间断流产生原因的分析

2.1 钢水

本厂由于没有LF炉工序，吹氩站也只有均匀成分和微调温度的功能，钢水如果出现过氧化，需要使用铝饼脱氧，如果钢水脱氧不良，氧含量大，则钢水在降温过程中易发生二次氧化，且二次氧化产物的组成特点是富集了弱脱氧元素(Si、Mn)的氧化物[1]，当Mn/Si比在3.0左右时，脱氧产物是液态的硅酸锰(MnO.SiO2),但是如果Mn/Si比比较小时，脱氧产物主要是SiO2，它熔点高，呈固态微粒[2]，另外铝脱氧也会造成钢中Al2O3等夹杂物增多，这些微粒和夹杂残存于钢水中会降低钢水的流动性，并逐渐积聚在水口中，使水口堵塞[3]。

2.2 中包洁净度

本厂使用的中间包工作层为涂抹料。涂抹后中包内会有部分的残余泥料未清理干净。烘烤中包时包盖上粘附的钢渣也会有一定的脱落，造成中间包内杂物过多。在浇铸前期拉速较慢，中间包液面较低，当液面低于临界高度时会在水口窝上方产生漩涡[4]，这时残留的杂物容易被旋涡卷入中包水口内，大颗粒的无法顺利通过，造成瞬间断流。

2.3 烧中包结渣

本厂中包使用一段时间后，冲击区周围会结一层由钢水、覆盖剂和钢渣凝固而成的混合物，使冲击区变小，如果不及时清理，会给大包烧氧引流和中包浇注带来诸多麻烦，所以当冲击区出现堆积时要及时清理。如果大包工在烧结渣时，同时又要求低拉速的情况下，烧下来的氧化渣会流入中包水口造成瞬间断流。

2.4 中包内耐材侵蚀剥落

本厂中包正常使用24小时，在使用末期中间包内的一些耐材(挡渣桶、涂抹料)由于长时间受到钢水和熔渣的冲刷和侵蚀发生剥落现象，这些剥落的耐材随着钢水流动，大部分会上浮，少部分会进入中包水口，造成瞬间断流。

2.5 中包上水口质量

本厂使用的中包上水口和中包一起上下线，出现过中包后期上水口锆芯炸裂的情况，堵住下水口的夹杂物，拿去化验，结果显示和上水口锆芯材质一样，该中包下线后检查发现上水口锆芯缺损一块。

2.6 中包液面高度

本厂3#连铸机使用的中包正常工作液面高度为600 mm，溢流高度为700 mm，当出现大包烧氧或钢水接不上的情况时，中包液面<400 mm，会造成中包渣层里的夹杂物被钢流卷入水口中造成瞬间断流。

3 瞬间断流的应对措施

3.1 控制钢水过氧化、洁净度

炼钢工序做好终点C控制，减少过氧化钢水炉次，同时保证Mn/Si比3.0，尤其是普碳钢，吹氩站确保钢水充分搅拌，有利于钢中夹杂物的上浮。

3.2 确保中包内清洁无杂物

中包在涂抹结束后，要把包内的杂物清理干净，中包烘烤前要确认包内是否干净，如果发现杂物可用压缩空气把包内清扫干净[5]。同时在开机或者换中包前，再次使用压缩空气从下水口下口向中包内吹扫一次。

3.3 低液面浇注时禁止大包烧氧

中间包是连铸系统中使用耐火材料最多的装置[6]。根据生产安排当要求低速浇注时，大包工禁止烧冲击区结渣。可以把此工作安排在一炉钢浇注的前期，最好在液面较高且波动小时，有利于夹杂物的上浮。另外在烧冲击区时最好两名大包工，另一人负责在一旁监控中包液面，根据情况作出调整保持高液面浇注。

3.4 提高中包耐材质量

中包工作层选用抗钢水、熔渣侵蚀和耐冲刷性较强的耐材。中包在使用达到规定时长时必须停浇或换中包，禁止超长使用。

3.5 调整下水口

在快换机构上放上备用的下水口，准备好油缸，当出现瞬间断流时间较长或无流时可以打入新的下水口，此时只要不是上水口堵住了，打完下水口，钢流就会恢复正常。

3.6 中间包及时排渣

大包工和机长要时刻关注中间包渣层厚度，渣层厚了要及时排渣，确保渣层厚度≤100 mm，确保中包浇注液面≥400 mm。

4 发生瞬间断流的处理方法

本厂结晶器液面控制采用Cs-137自动液面控制系统。操作箱有两条液位线。一条是设定液面高度，一条是检测的实际液面高度。正常浇注时设定的液位高度在整个液位线的80%左右。当自动液位线突然下降，拉速变为0.5 m/min左右时则意味着发生了瞬间断流。此时将设定的液位线调整至整个液位线的20%左右，并加入少量的保护渣，同时将拉速自动转到拉速手动来控制，密切观察结晶器内钢水的情况，及时捞出镶在铜管壁上的保护渣条，不要让瞬间变大的钢流覆盖镶在铜管壁上的保护渣条，造成卷渣漏钢、溢钢等事故，等到钢流正常再将结晶器液面设置回80%，并切换到拉速自动[7]。发生瞬间断流如果处理妥当拉速变化如图4所示，波动较不处理要小的多。

5 结论

本文根据本厂的情况对产生瞬间断流的原因进行了一定的分析，同时提出应对措施。根据生产经验当瞬间断流发生时关键在于及时、准确、熟练的处理，处理得当的话能减少瞬间断流造成的影响。

图4 瞬间断流处理得当拉速变化