高牌号管线钢夹杂物金相一次检验合格率的提高

刘轶良，戴秀东，赵文珍，李治国

（山西太钢不锈钢股份有限公司，山西 太原 030003）

管线钢夹杂物金相一次检验合格率指的是由于夹杂物原因导致的首次抽检试样金相检验夹杂物合格数与检验总数的比值，比值越高，复检率就越小。2012 年初，高牌号管线钢夹杂物一次检验金相合格率出现一定的波动，提高了轧后复检率，增加了劳动强度，同时造成物流不畅。需要对管线钢进行分析，发现问题并予以快速解决。

1 高牌号管线钢生产工艺简介

山西太钢不锈钢股份有限公司（以下简称太钢）的高牌号管线钢生产工艺路线为：铁水脱硫→BOF转炉吹炼→LF精炼→RH真空处理→板坯连铸。

造渣工序主要在LF炉精炼阶段。采用CaO-SiO2-Al2O3-MgO-CaF2渣系。使用铝进行终脱氧，钢包使用高氧化镁耐材。

2 夹杂物类型

夹杂物的类型按GB/T 10 561—89中ASTM评级图评级，分为A、B、C、D四类型，太钢主要是B类夹杂物，见图1。

3 影响夹杂物的分析

3.1 故障模式与影响（FMEA）分析

对管线钢工艺流程进行了梳理，列出每个分工序的可能影响因素，并对各个因素进行FMEA分析，对“潜在的失败模式、潜在失败影响、严重度、潜在要因、发生率、当前控制方法、探测难度”进行分析评估，并算出风险度（RPN）分值［1］。

从RPN分值中，找到分值最高的底吹、连铸增N 量、弱搅拌效果、大包开浇时中包余量、渣料加入量等工艺因素拟进行优化。考虑到渣料加入量影响较复杂，先对其余项目进行了初步改善。

图1 管线钢夹杂物类型柏拉图

3.2 初步改善

1）底吹优化。对底吹进行了一系列改进：规范四班底吹工烧底吹操作；保证钢包上线前底吹管道畅通；保证精炼结束后缓慢关闭阀门，避免钢水以正压进入狭缝，增加清理难度；钢包在浇钢完毕后及时翻包并清理底吹芯；加强钢包的烘烤管理及缩短周转时间，减少钢包温降；保证出钢温度；出钢后避免放置时间长以免包底结冷钢。

2）减少连铸增N量。改进前，管线钢长水口吹氩管氩气流量凭操作工感觉，不准确，改进时加装了长水口氩封气体流量计。增加长水口碗部石棉碗厚度以加强密封。改进后，连铸增N量由8×10-6减少到4.5×10-6。

3）弱搅拌效果。弱搅拌是影响钢水纯净度的重要工艺因素，于是对弱搅拌效果进行了跟班确认，对每个操作工进行了规范操作培训，以实际搅拌效果达到渣面轻微晃动为准，并全程监控。

4）保证大包开浇时中包余量。大包开浇时中包余量过少，会导致中间包渣卷入钢水或是二次氧化较严重［2］。通过严格管理，大包开浇时中包余量均达到了满包的80%。通过以上初步改善措施，一次检验合格率有了一定提高，达到97.8%，但是还需继续提高。

3.3 对渣料加入的影响效果进行数据分析

3.3.1 过程渣碱度对夹杂物的影响

相关研究［3］及太钢跟踪结果表明，随着钢液洁净度的提高，热轧板中大型m CaO·n Al2O3类长条夹杂物的出现几率会降低。

工艺过程注重前期钢水纯净度的提高，可以大大减轻RH处理夹杂物的、以及后续Ca处理的负担。

LF和RH真空处理阶段夹杂物的转变可以用（1）和（2）式来解释，而钢中钙和镁则来自钢液和炉渣以及炉衬的反应。

将炉渣控制在高碱度和低氧化性，一方面保证了深脱硫的需要，另外也促进了精炼过程炉渣和钢液的反应，通过炉渣成分调控钢液中w（Ca）和w（Mg）的变化，达到夹杂物尽快转变的目的。

1）在转炉出钢和LF阶段，利用渣、钢反应促进Al2O3尽快向低熔点类型转变，即在钙处理前将钢中Al2O3转变成较低熔点类型夹杂物。

2）利用LF底吹氩搅拌和RH的真空循环搅拌，促进较低熔点夹杂物聚合长大及上浮去除，提高钢液洁净度。

3）在钢液具备超低硫和超低氧的前提下，采用合适的钙处理强度，将钢中夹杂物转变为尺寸细小的CaO-CaS-Al2O3类夹杂物，并适当延长软吹时间以去除钙处理过程钢中可能生成的大尺寸夹杂物。

3.3.2 石灰加入量与金相不合比例的双样本发生概率P 值检验

利用六西格玛工具对历史数据进行分组，评估石灰与夹杂物金相一次检验合格率的影响程度。

对2011年下半年的石灰加入量在2 350 kg以上炉次与不足2 350 kg的炉次的金相不合比例进行了双样本P 值检验，结果见表1。

P 值为0.047<0.05，说明石灰加入量对一次检验金相合格率有较大影响。

3.3.3 改进分析

根据所加石灰量的不同，综合考虑石灰、萤石及化渣情况，分组试验，结果见表2。

表1 双比率检验和置信区间

表2 碱度与金相一次检验合格率

由于R>13时，渣况不佳，试验5炉之后没有继续进行，而合格率也只有90%。

对碱度5～9和碱度9～13两种工艺的合格率进行双比率假设检验，结果见表3。

表3 双比率检验和置信区间

P<0.05表明，两种工艺的金相一次检验合格率明显不同，也就是说碱度R 为9～13时，可以使合格率达到较佳水平。

改进后，碱度R 控制在9～13，在LF炉出站、RH出站取桶样进行全氧分析，均达到了9×10-6。同时高牌号管线钢夹杂物金相一次检验合格率达到了99%。

4 结论

1）底吹、连铸增N量、弱搅拌效果、大包开浇中包余量对高牌号管线钢夹杂物金相一次检验合格率有较大影响。

2）渣碱度在9～13时，可以使一次检验合格率达到较佳水平。

［1］马林,何桢.六西格玛管理［M］.第2版.北京：中国人民大学出版社,2007.

［2］陈家祥.钢铁冶金学［M］.北京：冶金工业出版社,1990.

［3］李强,黄福祥,王建,王万军.X80管线钢LF-RH二次精炼过程夹杂物行为及控制［J］.特殊钢,2011（8）：26-30.