杜立功， 王 偉， 常國(guó)棟

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司煉鋼二廠， 山西 太原 030003）

超純鐵素體不銹鋼為碳、氮含量極低的鐵素體不銹鋼，該系列鋼中普遍應(yīng)用于汽車排氣行業(yè)、家電及餐具行業(yè)。由于該系列鋼種要求超低碳、氮并進(jìn)行鈦穩(wěn)定化處理，鈦元素的加入，給鋼水的潔凈度控制，連鑄過(guò)程的穩(wěn)定性等造成極大的影響，如果控制不好會(huì)造成連鑄坯表面卷渣、鑄坯橫裂、縱裂、凹陷等缺陷，最終影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，為此國(guó)內(nèi)外鋼廠對(duì)此類品種的鑄坯一般采用鑄坯修磨來(lái)保證后續(xù)產(chǎn)品質(zhì)量，不僅影響生產(chǎn)效率，且大幅提高生產(chǎn)成本。本文通過(guò)對(duì)鈦合金化工藝、連鑄參數(shù)的研究，弄清楚影響鑄坯表面質(zhì)量的因素，實(shí)現(xiàn)鑄坯無(wú)修磨軋制。

1 鐵素體不銹鋼連鑄坯常見(jiàn)表面質(zhì)量問(wèn)題

連鑄板坯常規(guī)表面質(zhì)量問(wèn)題如圖1 所示。目前對(duì)超純鐵素體不銹鋼來(lái)說(shuō)，出現(xiàn)頻率較多的問(wèn)題主要是表面卷渣缺陷，此類缺陷主要通過(guò)修磨的方式進(jìn)行處理，會(huì)帶來(lái)物流效率低的問(wèn)題，由此會(huì)可能導(dǎo)致鑄坯發(fā)生斷裂的問(wèn)題。因此解決鑄坯的卷渣缺陷尤為重要。

2 鋼水質(zhì)量對(duì)鑄坯卷渣的影響

相關(guān)學(xué)者研究[1]認(rèn)為造成含鈦不銹鋼鑄坯表面形成夾渣的原因?yàn)檫B鑄澆鑄過(guò)程的水口堵塞，含鈦不銹鋼連鑄生產(chǎn)過(guò)程中，保護(hù)渣不可避免地吸收鋼液上浮的TiO2夾雜物，或鋼液中存在的鈦被保護(hù)渣中的SiO2氧化后進(jìn)入保護(hù)渣，與保護(hù)渣反應(yīng)使保護(hù)渣的熔點(diǎn)升高，影響保護(hù)渣的熔化性能，形成結(jié)晶器保護(hù)渣“結(jié)魚”，結(jié)魚形成后會(huì)造成保護(hù)渣大量的卷入鑄坯表面帶來(lái)鑄坯卷渣缺陷。為此通過(guò)提高鋼中的w（Al）＞0.03%[2]，延長(zhǎng)鈦合金化后的精煉時(shí)間等工藝措施的實(shí)施，減少鈦合金化后TiOx生成以及通過(guò)延長(zhǎng)精煉時(shí)間使生成的TiOx上浮去除，最終實(shí)現(xiàn)多爐連續(xù)澆鑄而不發(fā)生水口堵塞及鑄坯表面卷渣。

3 結(jié)晶器流場(chǎng)對(duì)卷渣的影響

以409 為代表的連鑄坯表面“卷渣”缺陷形貌如圖2 所示，該缺陷主要表現(xiàn)為：連鑄坯內(nèi)外弧均有，內(nèi)弧中部居多，呈不規(guī)則分布，卷入深度不一，部分嵌入深度超5 mm。如不進(jìn)行深修磨，冷軋薄板表面會(huì)呈現(xiàn)夾雜缺陷，該缺陷成為制約含鈦鋼表面質(zhì)量提升的不利因素。前人曾采取優(yōu)化浸入式水口插入深度、優(yōu)化結(jié)晶器保護(hù)渣性能、提高保護(hù)澆注效果等手段，但效果不佳。

3.1 SEN 傾角對(duì)流場(chǎng)的影響

不同傾角（5°、10°、15°）下，結(jié)晶器液位波動(dòng)情況與浸入式水口插入深度關(guān)系水模試驗(yàn)結(jié)果如下頁(yè)圖3 所示。

圖3 浸入式水口傾角對(duì)液面波動(dòng)的影響

資料顯示，水模試驗(yàn)中心波高在2～5 mm 之間為最佳范圍，低于3 mm 則認(rèn)為液面太死，上循環(huán)弱，不利于結(jié)晶器保護(hù)渣熔化，高于5 mm 則會(huì)增加“卷渣”幾率。使用原15°水口、浸入式水口插入深度為130～140 mm 時(shí)，結(jié)晶器液位中心波高在2～3 mm之間，效果較好，若使用5°和10°水口時(shí)，波高迅速減小，不利于化渣。

工業(yè)實(shí)踐表明，在保持浸入式水口側(cè)孔尺寸和中孔尺寸不變前提下，使用三種角度水口，連鑄坯表面均有“卷渣”出現(xiàn)，無(wú)明顯差別，說(shuō)明優(yōu)化浸入式水口傾角對(duì)解決連鑄坯“卷渣”效果不明顯。

3.2 SEN 側(cè)孔尺寸對(duì)鋼水出口流股影響

SEN 不同側(cè)孔尺寸（48 mm×70 mm、48 mm×60 mm、32 mm×52 mm）下，結(jié)晶器液位波動(dòng)與浸入式水口插入深度關(guān)系水模試驗(yàn)結(jié)果如圖4 所示。

圖4 不同中孔尺寸下浸入式水口插入深度與結(jié)晶器液位波動(dòng)關(guān)系

在保持浸入式水口出口傾角、中孔尺寸不變情況下，與原水口相比較而言，減小出口尺寸后的水口對(duì)應(yīng)鋼流出口流速增塊。以1 060 mm 規(guī)格對(duì)應(yīng)浸入式水口插入深度130 mm 為例，原水口出口中心波高為1.9 mm，試驗(yàn)水口1 對(duì)應(yīng)出口中心波高為2.2 mm，試驗(yàn)水口2 對(duì)應(yīng)出口中心波高為4.0 mm。水模試驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)小斷面、低拉速鋼種，小側(cè)孔水口效果較好；現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐具有同樣的規(guī)律。

3.3 SEN 中孔尺寸對(duì)鋼水出口流股影響

如前所述，改變浸入式水口傾角對(duì)解決連鑄坯表面“卷渣”缺陷效果不明顯；減小側(cè)孔尺寸在低拉速、小斷面鋼種上取得了較好效果

基于此，研究了不同中孔尺寸水口對(duì)浸入式水口出口流股影響，原水口（中孔68 mm）和試驗(yàn)水口（中孔60 mm）對(duì)比結(jié)果如下：

1）水模試驗(yàn)表明。在浸入式水口側(cè)孔尺寸仍為50 mm×70 mm，傾角仍為上傾15°、拉速為0.9 m/min、澆注斷面為200 mm×1 240 mm 情況下。原水口中孔面積和側(cè)孔面積比為4.32，澆注過(guò)程中存在鋼流不穩(wěn)定，不利于穩(wěn)定結(jié)晶器流場(chǎng)，且不利于結(jié)晶器化渣；試驗(yàn)水口（中孔60 mm）中孔面積和側(cè)孔面積比為3.36，澆注過(guò)程中水流平穩(wěn)，效果較好；

2）實(shí)踐結(jié)果顯示，使用60 mm 中孔浸入式水口后，409、超純等鋼種連鑄坯表面“卷渣”問(wèn)題得到了有效解決，改善后連鑄坯內(nèi)外弧表面如圖5 所示。

圖5 409 使用60 mm 中孔浸入式水口后對(duì)應(yīng)連鑄坯表面質(zhì)量

4 結(jié)論

1）造成超純鐵素體不銹鋼鑄坯表面卷渣的主要原因是鋼水鈦合金化后鋼中TiOx上浮不充分或鋼中的鈦受保護(hù)渣中SiO2氧化生成TiOx類夾雜物造成保護(hù)渣熔點(diǎn)升高，形成“結(jié)魚”后固態(tài)保護(hù)渣卷入鑄坯表面。

2）SEN 側(cè)孔參數(shù)不合適影響鋼水出口流股的穩(wěn)定，造成結(jié)晶器液面不穩(wěn)，保護(hù)渣卷入鑄坯表面，形成鑄坯卷渣缺陷。

3）SEN 中孔參數(shù)與鑄坯拉速不匹配，浸入式水口內(nèi)鋼水流入結(jié)晶器內(nèi)流場(chǎng)紊亂造成的保護(hù)渣卷入形成鑄坯表面卷渣缺陷。

4）通過(guò)鑄坯表面卷渣問(wèn)題的解決，439、441、436L 等超純鐵素不銹鋼的無(wú)修磨流通的比例從0提高到了20%以上，冷軋板產(chǎn)品表面質(zhì)量達(dá)到正常修磨鑄坯的水平。