徐擁江（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司煉鋼廠，河北涉縣056404）

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天鐵Φ150～Φ210 mm圓管坯表面質(zhì)量控制

徐擁江
（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司煉鋼廠，河北涉縣056404）

［摘要］針對(duì)Φ150～Φ210mm圓管坯表面渣坑、氣孔和縱裂紋缺陷，分析了缺陷特征、產(chǎn)生機(jī)理及影響因素。通過(guò)優(yōu)化煉鋼、精煉、連鑄相關(guān)工藝參數(shù)，采取相應(yīng)控制措施，使鋼坯表面缺陷率由0.233％下降到0.085％以下，圓管坯表面質(zhì)量得到明顯的提高。

［關(guān)鍵詞］圓管坯；渣坑；氣孔；裂紋；控制

1　引言

天鐵集團(tuán)煉鋼廠2#圓坯連鑄在2010—2014年生產(chǎn)期間，鑄坯表面不同程度地存在渣孔、氣孔、縱裂紋質(zhì)量缺陷，特別是在小規(guī)格Φ150 mm斷面上表現(xiàn)的尤為突出，需要投入大量人力物力，對(duì)缺陷坯進(jìn)行集中修磨精整，同時(shí)伴隨出現(xiàn)了大量報(bào)廢坯。期間雖經(jīng)過(guò)多次工藝調(diào)整，但效果均不理想。隨著企業(yè)成本壓力的日益上升，及早解決這些問(wèn)題成了當(dāng)務(wù)之急。為此，煉鋼廠技術(shù)人員通過(guò)對(duì)這些缺陷的形成機(jī)理進(jìn)行深入的分析探討，全工序查找原因，改變攻關(guān)方向，制定實(shí)施了一系列改進(jìn)措施，使鑄坯表面質(zhì)量缺陷得到了有效控制。

2　生產(chǎn)工藝條件

2.1工藝流程

高爐鐵水→600 t混鐵爐→45 t轉(zhuǎn)爐→50 t LF鋼包爐→（50 t VD爐）→全弧型R9m五機(jī)五流圓坯連鑄→檢驗(yàn)判定→修磨精整→合格入庫(kù)。

2.2生產(chǎn)的規(guī)格及鋼種規(guī)格有Φ150、Φ180、Φ210 mm斷面。主要鋼種有20、45、40Cr、Q235B、27SiMn、37Mn5、C22.8、20Mn等。

3　圓管坯表面缺陷

3.1表面渣坑

在圓坯表面形成的隨機(jī)分布、坑口不規(guī)則且比內(nèi)尺寸大、坑內(nèi)表面凹凸不平并附著少量渣殼的開(kāi)放型的孔洞。渣坑缺陷形貌見(jiàn)圖1。

圖1　表面渣坑形貌圖

渣坑形成機(jī)理：調(diào)查發(fā)現(xiàn)，表面渣坑缺陷多發(fā)生在鋁鎮(zhèn)靜鋼和中包塞棒棒位上漲、結(jié)晶器液面波動(dòng)嚴(yán)重的硅鋁鎮(zhèn)靜鋼上，并且在這些澆次的中包侵入水口內(nèi)壁附著有大量外來(lái)夾雜物。經(jīng)分析后認(rèn)為：鋼中大量高熔點(diǎn)夾雜物在中包水口碗部和內(nèi)壁的聚集引發(fā)了棒位和結(jié)晶器液面的劇烈波動(dòng)；同時(shí)熔融的結(jié)晶器保護(hù)渣吸收了部分Al2O3、MgO等高熔點(diǎn)物質(zhì)，導(dǎo)致保護(hù)渣粘度上升性能改變，局部形成復(fù)雜成分的團(tuán)簇狀硬性質(zhì)點(diǎn)。這些硬性質(zhì)點(diǎn)隨著液態(tài)保護(hù)渣流入到結(jié)晶器與坯殼之間。由于溫度的降低，質(zhì)點(diǎn)會(huì)裹挾保護(hù)渣進(jìn)一步長(zhǎng)大和硬化，隨著結(jié)晶器振動(dòng)被壓入到初生坯殼的表面，出結(jié)晶器后在二冷水的冷卻和沖擊作用下，部分渣殼會(huì)自動(dòng)脫落，最后形成渣坑缺陷。

3.2表面氣孔

在圓坯表面形成離散的“倒Ω”型開(kāi)放型小孔，孔口較圓且直徑比內(nèi)部小，直徑比渣孔小，內(nèi)壁光滑，沒(méi)有渣樣?xùn)|西殘留。氣孔形貌見(jiàn)圖2。

圖2　表面氣孔形貌圖

氣孔形成機(jī)理：現(xiàn)場(chǎng)跟蹤發(fā)現(xiàn)氣孔缺陷都是在雨季或潮濕天氣且不經(jīng)VD處理的鋼種上發(fā)生。從中包取樣分析鋼中［O］在30.6～49.8×10-6、［N］在50.7～78.6×10-6，含量正常。采用在線定氫設(shè)備對(duì)鋼包精煉爐的出站鋼水進(jìn)行［H］含量測(cè)定，測(cè)定值在5.6～7.3×10-6之間，對(duì)比VD處理鋼中［H］含量要高出3.5×10-6以上。分析認(rèn)為：當(dāng)鋼中［H］含量超過(guò)其在鋼中的飽和溶解度時(shí)，在結(jié)晶器凝固過(guò)程中，氣體溶解度隨著溫度下降及組織變化而降低，便會(huì)在鋼中析出的［H］、［N］和［CO］氣體，經(jīng)過(guò)形核、長(zhǎng)大成小氣泡。小氣泡上浮過(guò)程會(huì)進(jìn)一步吸附氣體逐漸長(zhǎng)大，上浮速度進(jìn)一步加快。那些上浮速度大于鋼水凝固速度，且遠(yuǎn)離彎月面的氣泡可順利排除，而上浮速度小于鋼水凝固速度和靠近彎月面處的氣泡則被初生溝形凝固殼捕捉，在鋼水靜壓力不斷增加和結(jié)晶器振動(dòng)不斷拉伸愈合坯殼的共同作用下，氣泡擊穿凝殼釋放形成氣孔缺陷。

3.3表面縱裂紋

在圓坯表面沿軸向分布、長(zhǎng)度從幾毫米到幾百毫米不等、深度2～5 mm的裂紋，裂紋常拌有凹陷發(fā)生。其形貌見(jiàn)圖3。

圖3　表面縱裂紋形貌圖

縱裂紋形成機(jī)理：調(diào)查發(fā)現(xiàn)，表面縱裂紋往往伴隨著凹陷一起出現(xiàn)，鋼水潔凈度差時(shí)會(huì)加大裂紋幾率，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致漏鋼。根據(jù)對(duì)縱裂漏鋼的殘留坯殼（見(jiàn)圖4）檢驗(yàn)分析，認(rèn)定裂紋源在結(jié)晶器的中上部就已產(chǎn)生，隨著鑄坯向下運(yùn)行進(jìn)一步擴(kuò)展。其根本原因是保護(hù)渣指標(biāo)設(shè)計(jì)不合理、結(jié)晶器銅管與水套之間的水縫不均勻、連鑄工藝參數(shù)選擇不當(dāng)。這些因素的疊加導(dǎo)致鋼水在凝固初期冷卻不均勻，致使初生坯殼厚度不均，加上鑄坯徑向存在較大的溫度梯度，先凝固的坯殼受到徑向的拉應(yīng)力和鋼水的靜壓力作用，就會(huì)在初生坯殼的薄弱處產(chǎn)生應(yīng)力集中。當(dāng)應(yīng)力大于坯殼的高溫強(qiáng)度時(shí)形成裂紋源，并會(huì)在二冷區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)展，形成縱裂紋缺陷。

圖4　縱裂漏鋼的殘留坯殼

4　圓坯表面質(zhì)量控制措施

4.1表面渣坑控制措施

渣坑的控制重點(diǎn)是提高鋼水的潔凈度和連鑄的穩(wěn)態(tài)澆注。具體控制措施如下：

（1）加強(qiáng)轉(zhuǎn)爐操作，在確保深脫磷的基礎(chǔ)上，力爭(zhēng)終點(diǎn)鋼水不過(guò)氧化。

（2）維護(hù)好出鋼口，出鋼時(shí)間不得小于1'50"。采用擋渣塞控制一次下渣和自動(dòng)擋渣標(biāo)控制末期下渣，鋼包下渣厚度≤50 mm。

（3）出鋼溫度控制1 620～1 640℃。溫度過(guò)低不僅影響渣料熔化，增加鋼包精煉爐的升溫負(fù)擔(dān)，還會(huì)使底吹透氣磚表面結(jié)冷鋼堵塞，惡化精煉效果；溫度過(guò)高不利于脫磷并增加回磷量。

（4）采用一步脫氧法。出鋼時(shí)根據(jù)鋼種要求差別采用鋁塊、硅鋁鋇、硅鋁鋇鈣、硅鋇鈣等不同的脫氧劑進(jìn)行終脫氧。出鋼過(guò)程加入石灰、合成渣、螢石等造渣料，利用鋼流的沖擊和底吹攪拌，使成渣時(shí)間提前，增大反應(yīng)界面，促進(jìn)脫氧產(chǎn)物和渣滴碰撞聚合，能快速上浮入渣，盡可能減少鋼液污染。

（5）優(yōu)化精煉渣系。將CaO-Al2O3-CaF2渣系優(yōu)化調(diào)整為CaO-Al2O3-SiO2渣系，該渣系具有熔點(diǎn)低流動(dòng)性好、乳化程度高及埋弧性好的優(yōu)點(diǎn)，尤其對(duì)夾雜物的吸附能力有明顯提高效果。優(yōu)化后的渣系組成范圍為CaO：53％～58％、Al2O3：22％～28％、SiO2：8％～15％、MgO：5％～7％。

（6）夾雜物變性處理工藝優(yōu)化，確定合理的加鈣量。加入的［Ca］量少，起不到對(duì)高熔點(diǎn)Al2O3的變性作用；加入的［Ca］量過(guò)大，則會(huì)加劇塞棒棒頭和侵入式水口的侵蝕，容易造成棒位不穩(wěn)、結(jié)晶器液面波動(dòng)大，增加卷渣幾率。確定硅鋁鎮(zhèn)靜鋼的喂CaSi線量為0.6 kg/t，鋁鎮(zhèn)靜鋼的喂CaSi線量為1.0 kg/t。

（7）開(kāi)澆爐次中包充氬氣對(duì)未加覆蓋劑的裸露鋼水進(jìn)行保護(hù)，避免鋼水二次氧化。

（8）涂抹料中包烘烤時(shí)間控制在5～6 h，避免因過(guò)長(zhǎng)時(shí)間烘烤造成塞棒頭部損壞，而導(dǎo)致液面波動(dòng)。力求恒拉速澆注，正常液面波動(dòng)控制在±3 mm以內(nèi)。

4.2表面氣孔控制措施

（1）加強(qiáng)原材料的管理，保持各種物料干燥，雨季運(yùn)輸物料要有防雨防潮措施。石灰儲(chǔ)存時(shí)間不超過(guò)12 h，合金必須烘烤后再使用。轉(zhuǎn)爐煙道或鋼包爐蓋漏水時(shí)不能煉鋼。

（2）鋼包爐操作中及時(shí)調(diào)整除塵風(fēng)量，保持爐口微正壓，加強(qiáng)爐內(nèi)還原氣氛控制；縮短成渣時(shí)間≤8 min，提高埋弧效果，減少鋼液吸氣量。

（3）適當(dāng)延長(zhǎng)軟吹鎮(zhèn)靜時(shí)間。

（4）確保全程無(wú)氧化澆注保護(hù)效果，尤其要注意對(duì)鋼包長(zhǎng)水口的氬封保護(hù)效果，防止鋼液吸氣，中包采用雙層覆蓋劑結(jié)構(gòu)。

4.3表面縱裂紋控制措施

（1）綜合考慮保護(hù)渣的堿度、粘度、熔化溫度、熔速等性能指標(biāo)與鋼種及規(guī)格的匹配性，確保有穩(wěn)定的液渣層厚度和合適的渣耗。

（2）結(jié)晶器水量由120～130 t/h，調(diào)整為110～120 t/h，減緩坯殼過(guò)早收縮。

（3）考慮到電磁攪拌對(duì)彎月面形狀改變的影響，水口插入深度增加20 mm，達(dá)到80～130 mm。

（4）結(jié)晶器銅管與水套之間的水縫按Φ150 mm：4 mm、Φ180mm：4 mm、Φ210 mm：3.5 mm調(diào)整到位。

（5）電磁攪拌參數(shù)由2 Hz、360 A調(diào)整為2 Hz、360 A。

（6）保證結(jié)晶器與二冷導(dǎo)向輥的對(duì)弧精度。

5　結(jié)束語(yǔ)

工藝改進(jìn)后，圓坯實(shí)物質(zhì)量控制水平達(dá)到較高水平，其中T［O］≤35×10-6、［H］≤2×10-6、五害元素Pb、Sn、As、Sb、Bi之和55×10-6～129×10-6，鋼坯潔凈度有了明顯提高，塞棒棒位和結(jié)晶器液面非正常波動(dòng)（＞±3 mm）情況大幅減少，鋼坯表面缺陷率由0.233％下降到0.085％以下，圓管坯表面質(zhì)量指標(biāo)得到明顯的提高。

參考文獻(xiàn)

［1］陳俊峰，李文獻(xiàn). LF預(yù)熔精煉渣成分優(yōu)化的研究［J］.東北大學(xué)材料與冶金學(xué)報(bào)，2003（3）：173-176

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［3］劉霞.連鑄圓坯縱裂淺析［J］.包鋼科技，1999（4）：113.

Surface Quality Control over Tiantie Φ150～Φ210 mm Round Billet for Pipe

XU Yong-jiang
（Steel-making Plant，Tianjin Tiantie Metallurgy Group Co.，Ltd.，She County，Heibei Province，China 056404）

AbstractThe defect characteristics，formation mechanism and influential factors of slag pit，air hole and longitudinal crack for Φ150～Φ210 mm round billet for pipe were analyzed. Relevant process parameters for steel-making，refining and casting were optimized and relevant control measures taken. The surface defect rate of the billet dropped from 0.233％to less than 0.085％. The surface quality of the round billet for pipe was significantly improved.

Key wordsround billet for pipe；slag pit；air hole；crack；control

doi：10.3969/j.issn.1006-110X.2016.03.008

收稿日期：2016- 02- 04修回日期：2016- 02- 22

作者簡(jiǎn)介：徐擁江（1972—），男，本科，工程師，主要從事產(chǎn)品研發(fā)、工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)、質(zhì)量管理與控制等工作。