在安赛乐米塔尔多法斯科钢厂的1号连铸机中，由于快速更换中间包，导致在隔离板附近发生了漏钢事件。尽管中间包快速更换和插入板坯钢种隔离板的工艺已经建立，能够连续浇铸不同化学成分的钢种，且对生产中断的影响最小，但这种工艺在多次成功实施钢种转换后，仍有可能在结晶器下方发生漏钢，尽管这种情况并不常见。本文探讨了用于开展广泛调查的创新工具和技术，并通过漏钢事故的检验，提出了对漏钢事件的详细解释。

1前言

安赛乐米塔尔多法斯科钢厂拥有两条钢铁生产线，如图1所示。KOBM生产线配备一个转炉，转炉冶炼出的钢水在钢包精炼炉（LMF1）中进行精炼，随后在1号连铸机（1CC）进行浇铸；部分特定牌号的钢种在连铸前还需在罐式真空脱气炉（TDG）进行真空脱气处理。电弧炉（EAF）工艺流程则采用双炉壳电弧炉，出钢后在钢包精炼炉（LMF2）中进行精炼，并在2号连铸机（2CC）中浇铸。这两种流程能够生产多种钢种牌号，包括超低碳钢（ULC）、低碳钢（LC）、中碳钢、高碳钢、高强度低合金钢（HSLA）以及先进高强度钢（AHSS）。

连铸机中的耐材部件（如浸入式水口、钢包长水口、中间包内衬）会随着浇铸时间的延长而逐渐磨损，因此需要定期进行更换作业。传统的作业方式包括停止连铸机（称为“序列中断”）、更换中间包以及重新启动新的连铸钢坯浇铸，这一过程耗时较长，会导致产量损失。为了提升生产效率，操作者通常会采用飞包作业（即快速更换中间包，FTC），在无需终止连铸钢坯浇铸的情况下，将使用过的中间包顺利更换成新的中间包。由于安赛乐米塔尔多法斯科钢厂生产多种钢种产品，一个中间包浇次的钢种不能混入下一个中间包浇次的钢种中。若不同钢种的铸坯混合，将直接影响板坯的最终化学成分。为避免这种情况，连铸操作者有时在FTC期间在结晶器内插入钢种隔离板，以区分不同钢种的铸坯。这种操作被定义为中间包快换-隔离板（TC-SP）。

不幸的是，1号连铸机发生了漏钢事故，不仅威胁到人员和工艺过程的安全，还造成了生产和设备的损失。幸运的是，得益于安赛乐米塔尔的安全程序，此次漏钢并未造成任何人员伤害。漏钢事故发生在TC-SP后几分钟，正值钢种从超低碳钢转换为先进高强度钢的过程中。这种不同钢种的转换涉及混合不同成分，本身就存在漏钢的固有风险。尽管如此，这类漏钢工艺事故仍较为罕见，因为此类操作每天都在进行，且1号连铸机已建立了浇铸不同钢种的成熟程序，快换中间包对生产力的影响也降至最低。此外，这种特殊的钢种转换在以往已多次成功执行，未出现任何问题。采用Leung和Sengupta提出的一些方法，并结合针对本次调查的新技术，对板坯和漏钢的坯壳材料进行了详尽检测。本文简要概述了漏钢事件、调查所用的工具和技术，以及基于证据的根本原因假设。

2漏钢事件描述

漏钢事件发生在1号连铸机2流中的1流区域。漏钢的起始位置位于1号连铸机扇形段的出口附近，大约距离弯月面6m处。从漏钢结果来看，出现了一个巨大的破裂漏钢坯壳，示于图2。

进一步检查扇形段1段的坯壳，发现铸坯沿宽度方向完全断裂成两段。该位置被认定为钢种隔离板插入的部位。由于漏钢位置距离结晶器出口较远，TC-SP板如何引发铸坯漏钢事件尚未明确。为此，本研究收集并分析了另一块具有相似钢种转换（从低碳钢转换为高强度低合金钢）特征的TC-SP板，作为本研究的基准对比。

在成功对接的TC-SP板坯上，有两个显著特征值得注意。首先，在宽面上出现了一个U形的钢种重叠印，这表明新进入的钢种钢水在结晶器内与原有坯壳形成了重叠。其次，窄面上并未出现此类重叠，仅呈现一条“缝隙”，这标志着浇铸过程中工艺的中断以及两个钢种的分离处。

根据1号连铸机上漏钢的数量和位置，推测漏钢起源于靠近北侧的内弧宽面。在本次调查中，从靠近北侧的漏钢坯壳上切割了两个试样。这些试样经过深度蚀刻，以揭示板坯的宏观结构，并使用微X射线荧光（MXRF）和光诱导击穿光谱（LIBS）进行扫描，以测量其化学成分。同时，对相似位置基准板上的钢试样也进行了对比分析。

3结果与讨论

3.1深度蚀刻

根据Sengupta等人描述的程序，制备了试样并用氯化铜铵进行深度蚀刻。尽管本研究并未关注中心线偏析，但蚀刻技术已有效揭示了两包钢水对接混合处的火山口状宏观结构。图3展示了基准TC-SP板坯试样的宏观结构，清晰呈现了低碳钢（亮区）与高强度低合金钢（暗区）在TC-SP时的火山坑形状对比，隔离板在两个横截面上均一目了然。此外，在下一炉高强度低合金钢水浇铸和混合之前，上一炉低碳钢水已在隔离板周围凝固。最后，图3（b）中可见板坯宽面上两种钢种重叠的痕迹，而图3（a）中则展示了窄面上的“缝”。沿接缝及钢种重叠处，上下两炉钢之间展现出良好的结合力，足以承受铸坯下行的牵引力。

漏钢板试样的宏观结构突显了ULC（亮区）与AHSS（暗区）之间的对比。其中，某些特征与基准板坯相似，如陨石坑形状的印记、两炉钢隔离板的存在以及板周围的凝固分界线。然而，基准情况中也有若干特征并未出现：

1）隔离板的横截面及其周围已形成的ULC凝固分界线。值得注意的是，隔离板偏离中心，朝向内弧宽表面。

2）基准TC-SP板坯宽表面上常见的钢种重叠现象明显缺失。此外，北部窄面附近出现的TC-SP缝表明，漏钢起源于TC-SP结合部附近。

3）ULC的凝固桥接现象清晰可见，横贯板坯表面。同时，也存在断桥或短桥凝固的情况。推测当新的对接钢水注入结晶器时，部分已形成的凝固梁可能断裂并被冲走。观察到的凝固桥断裂现象进一步佐证了这一推测。

4）在凝固桥和隔离板附近，发现被困的非金属球体，后经证实为结晶器保护渣。此外，钢中存在空洞，这些空洞中很可能原本含有类似的结晶器保护渣球体，但在试样制备过程中脱落。

5）沿着窄面表面附近的火山坑型壁，呈现出一种独特的宏观结构。

6）板坯漏钢导致的分离，或沿火山坑型壁靠近TC-SP板缝之间的间隙漏出钢水。

在安赛乐米塔尔多法斯科钢厂针对铸坯脱尾事件的另一项调查中，凝固桥接现象曾被记录过一次。图4展示了脱尾板坯的纵向截面，其中从弯月面开始形成了多层凝固桥。研究发现，这些弯曲桥之间是空心的。在正常连铸中断期间，由于结晶器保护渣不足，无法在钢液上层提供充分的绝缘作用，导致保温性能下降，钢水在结晶器液面上开始凝固。然而，随着二冷段铸坯凝固引起的钢坯收缩，钢水仍被吸入火山坑型壁上。由于缺乏足够的钢水补充，凝固桥下方留下了一个空白空间。这种现象反复发生，形成了多个凝固桥。同样的现象也能解释漏钢铸坯中存在的凝固桥。由于长时间没有新的钢液注入，且未添加结晶器保护渣，导致结晶器内钢液表面热损失过大，凝固形成过厚的坯壳。当新的钢液最终倒入结晶器时，它能穿透桥梁，填满原本空置的空间。

3.2微X射线荧光区域扫描

微X射线荧光（MXRF）技术能够测量板坯试样中的锰成分，并生成大范围的锰分布图。Sengupta等人详细描述了MXRF装置及其量化板坯锰成分浓度的Mn含量度量方法。采用MXRF扫描板坯试样，光斑尺寸设定为50μm，空间分辨率为0.5mm。

基准TC-SP板坯试样的MXRFMn含量区域扫描结果显示，浇铸完毕的钢（LC）与对接钢（HSLA）的Mn含量存在差异，这源于它们对锰含量要求的不同。钢种隔离板的独特化学成分，以及周围LC钢的凝固坯壳，均清晰可见。尽管深度刻蚀揭示了一个尖锐的坑壁，但MXRF结果显示了局部的钢种混合和凝固现象，正如过渡区域的Mn化学成分所显示，这与LC和HSLA钢种均有所不同，后者在物理层面表现为深度上的渐进变化，而非急剧的阶跃变化。

漏钢TC-SP板坯试样的MXRFMn含量区域扫描结果及深度蚀刻所呈现的特征表明，横向板坯表面的凝固桥与已浇铸结束的钢种（ULC）相吻合，说明这些凝固桥在钢种混合之前已经形成，类似于隔离板周围的凝固屏障。深度蚀刻所呈现的火山坑壁的独特宏观结构，其Mn含量既不同于浇铸结束的钢种，也不同于对接钢种，进一步证实了局部钢种混合的存在。

3.3激光诱导击穿光谱学

随着锰在对接上下两炉钢之间的过渡区域的发现，研究人员对碳元素的作用进行了深入探讨。尽管这两种钢种均不属于包晶钢，但假设其混合物可能引发包晶化学反应。关于包晶钢现象及其与连铸工艺相关风险的论述已在文献中得到证实，然而这些研究主要针对稳态连铸状态和固态坯壳在结晶器中凝固增厚的情况。

MXRF设备能够生成高分辨率的Mn成分（及其他元素）区域图，但无法检测或测量碳元素。相比之下，激光诱导击穿光谱（LIBS）技术不仅能够检测碳和锰，还能提供现场测量数据。在这项研究中，LIBS枪沿板坯试样的横截面测量了多个点（见图5）。本文将报告LIBS测量的Mn含量（类似于MXRF设备的测量结果），以及碳测量结果，后者以C指数表示——这是一种标准化的无单位度量，可与碳的质量百分比进行比较。此外，将LIBS生成的Mn谱图也与MXRF生成的结果进行了对比分析。

描绘基准TC-SP板的LIBSC指数和Mn含量曲线，并将其与相同位置的MXRFMn含量曲线进行了对比。LIBS和MXRF之间的Mn含量测量呈现出相似的曲线轮廓，且两者合理匹配。此外，C指数曲线与锰含量曲线紧密相关。LC区域的C指数与浇钢结束钢种的CAIM密切相关。C指数随后在火山坑型壁内的HSLA区域增加。在火山坑型壁印记区域附近，C和Mn的测量值在两个等级的CAIM（浇铸开始钢种CAIM和浇铸结束钢种CAIM）之间转换，这与MXRF测量的局部混合现象一致。

浇钢结束坯的C指数和Mn含量分布情况表明，化学剖面呈现出与基准情况相似的特征。MXRF分析显示，火山坑型壁附近的宏观结构呈现出显著的过渡性Mn含量，其C指数也表现出类似的变化趋势。实际上，这种化学成分的转变导致C指数下降，且该现象发生在包晶钢的范围内。

研究了漏钢板坯在起始点附近的C指数和Mn含量分布情况。由于边缘不规则，该区域无法进行MXRF扫描。尽管如此，LIBS测得的Mn含量已证实与MXRF测量的Mn含量高度吻合。在AHSS钢种区域，许多C指数测量值介于两种对接钢种的CAIM之间。此外，大量测量结果均落在包晶钢范围内。在连铸包晶钢浇铸过程中，结晶器内会出现波状坯壳生长现象。这一现象同样可以解释TC-SP缝层附近沿坑壁观察到的钢的分离或间隙现象。

3.4工艺数据审查

尽管现有证据表明，漏钢现象仅发生在两条板坯线中的一条上，而另一条板坯连铸机并未出现漏钢情况。此外，TC-SP在此之前已多次成功实施。因此，有必要确定导致漏钢的各个环节中的关键因素。通过对引发漏钢事件的过程数据进行审查，进一步的影响因素得以明确。

审查两条板坯连铸机的关键工艺数据，包括连铸拉速（VC）和结晶器宽度。根据TC-SP的标准操作程序，在快换中间包之前需降低连铸拉速，随后切断钢水进入结晶器，开始快换中间包操作。在极低的连铸拉速下，进行中间包更换并将隔离板插入结晶器（约2.5min）。之后，开浇操作恢复钢液进入结晶器的流动。值得注意的是，与2号连铸线相比，1号连铸线（即发生漏钢事故的流）上钢水恢复流动所需时间更长，这可能是导致在板坯试样上观察到凝固桥接现象的原因。

尽管如此，TC-SP部分的尾坯已顺利拉出结晶器，未出现任何问题。然而，当铸坯沿着连铸机扇形段下行移动时，1号连铸机上的结晶器宽度却发生了增加。根据从漏钢起始点到弯月面的距离，TC-SP截面在结晶器宽度变化期间将穿过1号连铸机的弯曲段。结晶器宽度改变后，立即观察到结晶器内钢水液面下降，这表明钢水在二冷室内溢出，并随后引发了漏钢事故。不久之后，“清除”1号连铸机设备的命令随即下达。

4漏钢机制

根据深度蚀刻、MXRF、LIBS和工艺数据回顾提供的证据，确定了导致漏钢事件的影响因素。图6显示了所提出的漏钢机理的示意图摘要。

由于以下原因，对接板坯在钢种隔离板位置（TC-SP缝）附近的完整性受到损害：

1）长时间没有钢水流入结晶器内（塞棒关闭到塞棒打开时间过长），导致对接尾坯热能损失和凝固桥接（A）。

2）凝固桥接抑制了铸坯火山坑型壁内两个钢种成分的充分混合。

3）凝固桥接还导致更多的结晶器保护渣粉球被困（B）。

4）在TC-SP缝附近，ULC和AHSS钢种钢水混合，造成上炉钢尾坯钢坯壳处于包晶钢区域范围凝固和凝固搭桥，导致两个钢种之间局部区域收缩和形成空隙（C）。

5）铸坯从直弧段通过弯曲扇形段时，对脆弱的TC-SP缝施加了弯曲作用力（D）。

6）与TC-SP缝到达弯曲段同时发生的结晶器宽度变化，对TC-SP缝施加了额外的力（E）。

7）隔离板的插入并非爆发事件的直接原因，而是间接导致TC-SP事件持续时间的延长（F）。

5结论

安赛乐米塔尔多法斯科钢厂的1号连铸机在TC-SP附近发生了漏钢事故，该事故发生在从ULC钢种过渡到AHSS钢种的过程中。为此，进行了一项调查，旨在确定漏钢事件的关键因素并找出根本原因。同时，以另一块从LC钢种顺利过渡至HSLA钢种过程中，TC-SP技术取得成功的板坯为基准，进行了详细的对比分析。基于调查获得的证据，提出了一种失效机制来解释此次漏钢事故，得出了以下结论：

1）深度蚀刻、MXRF和LIBS是表征板坯宏观结构和局部化学成分的有效工具，特别是在混合不同钢种的板坯分析中。

2）C指数和Mn比值曲线相似，表明碳的偏析和分布与锰极为相似。

3）由于结晶器内长时间未进入钢水，安放的隔离板和TC-SP缝的板坯对接部分在结构上受到损害。尽管TC-SP缝在离开结晶器时保持完整，但在从直弧段穿过弯曲扇形段时，因工艺变化（即结晶器宽度变化）导致缝破裂，进而引发漏钢。

4）自该事件发生以来，安赛乐米塔尔多法斯科钢厂已取消原有的快换中间包操作工艺，并实施了新的工艺和规划，以防止漏钢事故再次发生，保护连铸操作人员，并保障客户订单。

5）连铸机漏钢依然构成安全和生产的风险，需进一步调查和讨论，以提升钢铁行业的安全水平。