舞钢钢板尾部分层缺陷原因分析与改进

彭世宝 陶林 曹季林 赵向政

(1．舞阳钢铁有限公司 2．河南省工业学校)

0 引言

舞阳钢铁有限责任公司是目前国内主要厚板生产厂家，第一炼钢厂现有90 t UHP 超高功率电炉2台，90 t LF 钢包精炼炉3 台，VD 真空处理炉2 台，采用“电炉－LF －VD －模铸浇注”的工艺流程［1］。近几年来随着钢板向更厚规格的扩展，模铸的单重也越来越大，特别是重大工程用钢，对钢板的实物质量要求也越来越高。因此，提高单重，并保证厚规格钢板的合格率成为生产的重要方面。

2014年1 ～2月份，钢锭轧制后出现成品探伤合格率偏低，笔者对产品的质量问题进行了调查分析，提出了相应的改进措施。通过采取保持模底保护渣均匀、提高保护渣的纯净度、提高钢液的流动性、控制水口与中铸管的间距等冶炼措施，有效地控制了钢材尾部分层缺陷的产生，从而提高了产品的探伤合格率。

1 探伤不合原因分析

1．1 厚板探伤不合统计

2014年1 ～2月份厚板探伤不合格的统计数据见表1。其中尾部分层缺陷导致钢板探伤不合达到33 块，占探伤不合总块数的比例超过52%。按块数计算，尾部分层导致探伤不合的缺陷，占到总产量的2．79%，比2013年升高了2． 48%(如图1 所示)。由此而产生计划外钢板总量达到612．6 t，造成巨大的质量损失。

表1 2014年1 ～2月尾部分层统计

图1 2013年、2014年尾部分层发生率

1．2 厚板尾部分层缺陷分析

尾部分层缺陷根据分布的位置分别有两类，一类是分布在钢板的边角部(如图2 所示)，冶炼炉号为14100325N0，批号为HA216892 钢板的原始分层缺陷(1#试样)，缺陷位置在距钢板尾部约650 mm、边部约360 mm(钢板尺寸为150 mm ×2150 mm ×7600 mm);另一类分布于钢板的中间位置(如图3所示)，冶炼炉号为14100718N0，批号为HA256328钢板的分层缺陷(2#试样)，缺陷位置在距钢板底端520 mm、在钢板宽度的正中间部位(钢板厚度82 mm×2320mm×11800 mm)。

图2 位于钢板边角部的分层缺陷

图3 位于中间位置的分层缺陷

为分析尾部分层缺陷形成的原因，分别取探伤不合处的钢样进行刨铣。将1#试样进行刨铣，在板厚的1/2 区域，发现了直径约为1 mm ～2．5 mm 黄白色大型非金属夹杂物，能谱分析如图4 所示。从能谱结果看，夹杂物为发热剂与炉渣结合物。

图4 镁铝铬尖晶石与发热剂构成的复合夹杂

2#试样经过刨铣，在板厚的1/2 区域，仍然发现了直径约为2 mm 黄白色大型非金属夹杂物，能谱分析如图5 所示。

图5 Ca－Si－Al－O 为主的硅铝酸盐和镁铝铬尖晶石类夹杂物

由能谱分析结果可以看出，夹杂物是以Ca－Si－Al－O 为主的硅铝酸盐和镁铝铬尖晶石等两类组成。

1．3 大颗粒夹杂物的形成

分析表明，钢板尾部的分层缺陷主要是由于该部位含有大颗粒的非金属夹杂物造成的。镇静钢锭中的大型氧化物夹杂(直径大于100 μm)组成以硅酸盐和铝酸盐为主［2］。主要来源是浇注开始阶段，钢锭表层快速凝固，使接近模壁的钢液中的夹杂物(多为外来夹杂物)来不及上浮而被凝固壳的树枝晶捕获成为表皮的大型夹杂物。随后由于结晶过程夹杂物不断上浮，凝固前沿的推进速度也减慢，使大型夹杂物的数量由锭表面向锭中心明显减少。底部沉积堆补位大型夹杂物较多，主要是凝固初期底部迅速形成粘稠层，阻碍夹杂物上浮所致。造成聚集的因素以下几方面:

1)上浮的夹杂物被“结晶雨”带入粘稠层;

2)以夹杂物为结晶核心而形成的结晶体，密度大于钢液而沉到底部;

3)在凝固前沿浓聚的夹杂物及部分树枝晶被热流送到锭底，钢流重新上升，而晶体与夹杂物则滞留在粘稠层内;

4)浇注时水口下面的凝钢或模内由于散热和保护渣冷却形成的凝钢沉降时，将夹杂物带入粘稠层;

5)夹杂物在粘稠层中聚集长大等。

2 改进措施

根据以上分析的结果，为了消除钢板尾部的分层缺陷，控制钢锭边角部和水口上方的夹杂物，主要在工艺上采取了以下技术措施:

2．1 保持模底保护渣均匀

下注法钢水进入锭模后，很快形成激冷层，如果保护渣不能均匀分散开来，与冷钢形成夹杂物进入粘稠层，难以上浮，容易在钢锭边角部形成夹杂，轧板后表现为分层缺陷。因此，必须使袋装模铸保护渣在模底保持均匀平铺，防止积堆造成的熔化不均匀。

2．2 提高保护渣的纯净度

如果在保护渣制造过程中，因筛分设备异常导致保护渣中混入片状氧化铝或单质铝，则会在浇注初期直接进入粘稠层，形成大颗粒夹杂物，不能够上浮。因此需要严把保护渣质量关，特别防止保护渣中混入片状氧化铝或单质铝。

2．3 提高钢液的流动性

调节注温、注速，提高、改善浇注后期钢液流动性。按照钢包冷热周转状况，浇注过热度按规程中上限控制，以确保浇注后期钢水有较好的流动性，利于夹杂物上浮;取样在冒口浇注阶段最后期进行，冒口浇注速度按照规程规定的时间下限控制，适当加快速度;距离冒口线下100 mm 开始控流，过冒口线后增流，以确保冒口浇注阶段注流强劲有力，带动钢水模内循环，促使夹杂物上浮。

2．4 控制水口与中铸管的间距

控制钢包水口与中铸管盆砖间距在300 mm 以内。过高的钢包水口与中铸管盆砖间距，势必增大钢水的二次氧化程度，使得氧化铝富集在水口或中铸管砖壁上，流速波动时随钢水进入模内，形成大型夹杂物。

3 效果

通过以上措施的实施，严格控制了浇铸过程中产生的大颗粒非金属夹杂物，从而减少了钢板尾部的两类分层缺陷，探伤合格率明显提高。2014年3～5月份，钢锭探伤3123 块，出现尾部分层缺陷4块，尾部分层发生率为0．13%，取得了较好效果。具体统计数据见表2。

表2 2014年3 ～5月探伤统计

4 结束语

1)公司锭材板尾部面积缺陷主要成分是以Al2O3为主、含有少量的Mg 的化合物、Ca 的化合物或者Ca－Mg－Si 的复杂化合物等。

2)根据对模铸用辅助材料的成分分析以及工艺统计结果看，尾部面积缺陷的主要来源应该是钢液中的脱氧产物以及少量没有被渣料吸附的复杂化合物。

3)根据针对尾部面积缺陷所制定的一系列工艺措施及效果看，主要影响因素包括浇注钢液后期流动性、不同包况过热度控制、浇铸过程控制(尤其是后期帽口浇注时间)、铸线装配准备洁净程度等。

4)通过实验分析结果，严格检查铸模装配洁净程度、细化浇铸工艺过程控制、减少真空后补喂铝线等一系列措施，目前尾部面积缺陷已经得到有效控制。

［1］曹季林，毛志刚，赵向政．大型钢锭轧板和穿孔缺陷分析级浇注工艺优化［J］．特殊钢，2013，34(4):36 －39．

［2］罗爱国．最新炼钢新工艺与核心技术操作要点及现场作业全程控制制度实施手册［M］．北京:中国科技出版社，2007:679－680．