济钢三炼钢连铸结晶器寿命影响因素分

1济钢三炼钢连铸结晶器寿命影响因素分析刁承民李殿明王庆济钢第三炼钢厂摘要：结晶器是连铸机的心脏，影响结晶器寿命的因素有驱动报警、角部纵裂、铜板镀层脱落等原因，根据出现的不同情况制定预防措施，大大提高了结晶器的使用寿命。1．前言炼钢现有连铸机3台，2005到2006年由于生产任务重，节奏紧张，结晶器寿命大幅度降低，暴露出很大的问题，还引发了几次漏钢的恶性事故。结晶器频繁的更换，给生产带来极大的被动。本文针对结晶器使用寿命低的问题进行了深入的分析，并制定了一系列的措施，结晶器寿命大幅度提高。2．影响结晶器寿命的主要原因及预防措施表1为2005年9月到2006年9月一年之间1#铸机结晶器更换原因统计表。可以明显的看出造成结晶器寿命低主要有驱动报警、热电偶、角裂等原因。表1结晶器更换原因统计原因漏钢热电偶角裂漏水驱动报警计划次数7131162638百分比6．9312．8710．895．9425．7437．62另外2，3#铸机在2006年3月到5月期间，因为结晶器弯月面2小纵裂，镀层脱落更换结晶器20台，并造成3次漏钢事故，极大的影响了生产。2．1驱动报警2．1．1引起驱动报警的因素换包过程中油缸驱动报警L1机控制显示见图1。引起驱动报警的主要原因是：①换包时间长，侧面收缩大，钢水下渗造成挤压；②宽面夹紧弹簧（见图2）使用时间长，预紧力不够，弹簧失效。驱动报警后，结晶器窄变倒锥度直和结晶器下口宽度要发生相应的变化，偏离实际设定值，结晶器调宽系统要对此进行自动调整。调整后的值如果与实际设定值的偏差较大时，继续浇铸可能会带来漏钢事故的发生，对此要进行相应的降拉速甚至被迫停浇，给正常生产带来很大的不便。3图1驱动报警L1机控制显示图2宽面夹紧弹簧及相应的预紧力2．1．2驱动报警问题的解决针对结晶器驱动报警问题的发生，进行了以下改进措施：2．1．2．1改进操作，制定预案操作的改进主要有以下十条：（1）快换中包时，钢包到站温度适当提高，钢水等铸机时间不得过长，且钢包为包况良好的周转包。（2）确保中间包、塞棒及水口烘烤情况良好，换包前再检查调整塞棒，检查正常后，将新中间包开至预定位置。（3）大包停浇后逐步降速，中包吨位为8吨时，实施降速，同时关闭塞棒打盲板停浇。（4）铸机停浇前，为缩短换包时间，先将水口升至高位，铸机4停浇后，迅速将中包升起开走，放入连接件，同时新中包车移至结晶器位。（5）铸机停浇的同时，结晶器和扇形段水量不变。（6）高位换包钢液面距结晶器上口约150～200mm的距离。（7）换包前尽量将结晶器内的保护渣渣皮挑干净，在铸坯与结晶器窄面铜板之间放入“V”型薄铁皮。（8）开浇时采用大流开浇。为了新钢水更好地熔化坯壳，使接头凝结牢固，防止接头漏钢；也能避免铸坯变宽，导致拉矫过程中铸坯与结晶器之间的作用力增加，导致驱动报警的发生。（9）开浇后，待钢液面到达正常液面后启动拉矫，起步拉速0.3m/min；同时主控工开始报起步时间，并每隔30s报一次坯长。（10）待换包产生的接头安全拉出结晶器之后进行结晶器换渣。对驱动报警值的大小对生产的影响，制定了相应的预案（见表2）。为防止正常浇注时因弹簧预紧力变小而发生的窄变足辊出现位移而发生漏钢事故，制定了窄边足辊发生位移的判断依据及对应操作制度。表2驱动报警预案热坯单侧鼓肚量铸坯角裂鼓肚、角裂对应设备状态最高拉速控制处理措施10mm无正常正常观察鼓肚变化趋势和角裂检查10mm有稍不正常1.10m/min检查结晶器锥度变化，铜板、足辊冷却是否正常，足辊拉杆螺母是否松动，停机时检查足辊是否松动，视情况处理。11-15mm无稍不正常1.10m/min11-15mm有很不正常1.00m/min检查结晶器锥度变化，铜板、足辊冷却是否正常，足辊拉杆螺母是否松动，联系设备护航，尽快停机处理。16-20mm无很不正常1.00m/min16-20mm有极不正常0.90m/min联系尽快停机处理20mm——设备存在故障0.80m/min要求立即停机处理52．1．2．2定期更换预紧弹簧；预紧弹簧在长时间的工作状态下，其强度及弹性系数会有不同程度的降低。对此，要定期更换预紧弹簧，以保证其预紧力在要求范围之内，以防止因预紧力变小而出现的驱动报警。2．1．2．3结晶器每次上线前都要测量、调整预紧力。2．1．3窄边足辊拉杆断裂的原因问题的解决2．1．3．1窄边足辊拉杆断裂的原因高位换包初期，曾出现了换包后窄边足辊拉杆断（见图13）造成足辊脱落，主要原因是拉杆材质不过关是主要原因；其次拉杆长时间使用未更换，产生疲劳应力，造成拉杆头部螺栓脱落，拉杆变长缩颈拉断，拉杆T形锁紧块产生变形。再有拉杆杆身锁紧装置加工有误，造成拉杆旋转造成足辊脱落。6图13足辊拉杆断裂处2．1．3．2窄边足辊拉杆断裂问题的解决为防止因窄变足辊拉杆断裂、铸坯出结晶器薄坯壳无支撑导致的漏钢事故的发生，制定了以下改进措施：（1）改进材质，45CrMo，热处理，硬度达到22HB以上。（2）拉杆编号定期更换。（3）拉杆作为重要备件升级管理，提高加工质量。（4）增加拉杆直径；（5）加厚拉杆T形锁紧块。（6）制定操作预案，加强观察，及时采取措施。72．2漏钢报警系统2．2．1粘连漏钢的成因粘连漏钢首先是由于某种原因造成弯月面附近钢水与铜板直接接触而粘结在一起,随着振动及坯壳下移,粘接部位被拉断,钢水进入断口处而形成新的坯壳,在下一次振动、拉坯过程中又被拉断。这样断口不断下移,出结晶器底部后钢水从断口漏出。2．2．2漏钢报警系统使用现状济钢三炼钢连铸车间，现有连铸机三台，结晶器均带有漏钢报警系统，漏钢报警系统对防止发生粘结漏钢有着重要的作用。在结晶器大面铜板均匀分布两排，每排十个热电偶,窄边也布设两排，各一个热电偶。由于各种原因，结晶器上线一段时间后，个别热电偶发生故障，发生故障后一般会出现两种情况，一是故障热电偶频繁发出错误报警，报警后自动爬行，出现铸坯重接影响收得率，给生产带来极大的不便。二是有几个热电偶同时发生故障，不能准确的发出报警信息，给生产带来极大的安全隐患。根据统计（表1），因为热电偶故障更换结晶器的比例占到12.87%，仅次于驱动报警。2．2．3改进措施为了解决因为热电偶故障频繁更换结晶器，制定了以下措施：（1）对上线结晶器进行严格的检查验收，电气车间要在更换结晶器后，生产进行时再次对热电偶进行确认。（2）出现单一热电偶不正常，可将此热电偶暂时屏蔽，防止因8为电气故障频繁发生误报警，通过观察其附近热电偶变化情况判断是否发生粘结。2．3大板坯角部磨损与角部纵裂2．3．1角部磨损与角部纵裂发生原因结晶器铜板在使用后期，由于长期与坯壳相对运动，窄边铜板倒锥度会减小。结晶器倒锥度减小，造成坯壳不能紧贴铜板，热阻大，热量不能及时传走，边部坯壳较薄，由于热应力和收缩应力的集中，出结晶器后在钢水静压力的作用和失去支撑力的情况下，坯壳会在薄弱处开裂，产生角部纵裂，严重时甚至会引发漏钢事故。另外，结晶器窄边水量不足，冷却不充分也是造成角部纵裂的重要原因。2．3．2角部纵裂防治措施通过以上分析，可以总结出，角部纵裂主要是由于结晶器窄边冷却不充分造成的。针对角部纵裂采取的主要措施有：（1）改变封顶操作由于终浇封顶操作时，使用钢管搅拌钢液面，使坯壳形成靴筒状。搅拌钢液面时，钢水通过窄边的缝隙进入坯壳与结晶器之间，极易在拉尾坯时划伤结晶器，造成结晶器下部磨损严重。改良操作后改为捞渣后在结晶器液面上加入冷却弹簧，打水后直接拉出，省去了搅拌钢液面的环节，大大降低了封顶操作对结晶器的磨损，延长了结晶器寿命。（2）结晶器使用后期调整倒锥度9结晶器使用300炉以后，注意测量结晶器倒锥度，观察结晶器下口磨损情况，根据磨损情况增大结晶器倒锥度。（3）结晶器使用后期适当调整结晶器窄边水量浇钢过程中，如出现断续角部裂纹，适当提高结晶器窄边水流量，以补充因角部磨损造成的冷却水不足。2．4弯月面小纵裂2．4．1中薄板坯连铸机结晶器铜板的性能以及镀层情况中薄板坯连铸机结晶器铜板材质为铬锆铜，该材质在高温下有强度高、导热快、热膨胀率小等优点，铜板表面镀镍钴，厚度为0.5mm-1.5mm线形分布。表4结晶器铜板主要参数硬度热传导率再结晶温度弹性模数延伸率热膨胀系数125HB350W/MK500℃128000N/mm225%18×10－6/K2．4．2镀层小纵裂、脱落原因连铸生产过程中，结晶器铜板表面与背面存在着极大的温度梯度，产生很大的热应力，铬锆铜合金铜板是多晶体金属，在热应力及外力的作用下，铜板高温区的晶粒发生了晶界滑移，造成晶粒破碎并沿着力的方向被拉长，晶界附近的空位成长为空穴并连成一体，形成裂纹。由于距离弯月面越近，热流密度和温度波动越大，越容易造成铜板的裂纹。中薄板坯连铸机投产初期，由于拉速在1.8m/min-2.0m/min左右，铜板没有暴露出问题，2006年生产任务加重，拉速最高提至2.8m/min。10结晶器铜板热负荷增大，铜板弯月面处受到急冷急热的热应力反复作用，是导致铜板镀层出现大量热裂纹的主要原因，纵横交错的裂纹进一步发展，最终导致了镀层的剥落。镀层剥落后，弯月面处冷却不均匀，产生大纵裂，并由此引发了几次漏钢的恶性事故。2．4．3．防止镀层小纵裂、脱落措施通过分析可以得知，改善铜板弯月面处传热，降低铜板温度是防止镀层裂纹，剥落的根本方法。（1）减少弯月面处镀层的厚度。由于镍钴镀层的导热系数（68.9W/mk）要远低于铬锆铜的导热系数(350W/mk)，镀层的厚度影响传热效果，导致铜板局部温度过高。原铜板厚度为厚度为0.5mm-1.5mm线形分布，弯月面处厚度超过0.5mm，为了改善弯月面处传热，将镀层厚度改为结晶器上部0-300mm区域为0.2mm下部300-1200mm区域厚度为0.2-1.5mm线形分布。（2）采用梯形镀层。梯形镀层的主要特点为铜板上部0-150mm区域无镀层，可以有效的避免镀层龟裂、脱落等问题，并且大大增强了铜板弯月面处的导热性。（3）减小铜板背部水槽切削圆角。冷却水槽距上口25mm，切削圆角半径为125mm，现改为50mm，水槽深度最深可增加4mm，增大了切削角处水量，改善了传热条件。2．4．4．实施效果减少镀层厚度、减小铜板背部水槽切削圆角等措施实施后，镀层裂纹、脱落情况大大减轻，采用梯形镀层后，镀层脱落问题被彻底解11决，结晶器的寿命大幅度提高，完全适合高拉速的需要。铜板使用平均寿命提高到4万吨（之前1.2万吨），提高了近4倍，同时降低了漏钢事故的发生率，改善了铸坯的质量。3．结语通过采取以上措施，济钢三炼钢1#机结晶器寿命由原来的7.5万吨提高到现在的9万吨，2，3#机由原来的1.2万吨提高到现在的5.2万吨。提高了铸机的作业率，消除了事故隐患，效益可观。