低碳含铝钢钙处理改善热轧带钢起皮缺陷的实践及效果

王 杨，周 航，李 科，江海明，李秋华，乔立岩，安军城，王 振

（唐山瑞丰钢铁（集团）有限公司炼钢厂，河北 唐山 063100）

0 引言

随着钢铁工业的发展，热轧带钢的质量要求不断提高，带钢表面质量成为衡量企业技术水平的重要指标。带钢表面缺陷种类繁多，主要有结疤、氧化铁压入和异物压入等，最常见的缺陷是带钢表面起皮缺陷。

本文针对某厂1580 热轧带钢产线在生产过程中出现的起皮缺陷进行分析，制定了相应的预防措施，成功解决了该项质量难题。

1 “起皮”缺陷的宏观形貌

某厂1580 热轧带钢起皮缺陷主要集中于边部距离带钢表面中心位置200～400 mm 内及边部20～100 mm 内，沿轧制方向呈链条状。根据表检仪检测及实物观察，分为两种类型的缺陷：一是缺陷处有明显的金属颗粒，呈项链状，如图1 所示。二是沿轧制方向呈断续分布，无连续性，且缺陷部位类似开裂或外皮翘起包裹氧化铁皮，如图2 所示。

图1 热轧起皮缺陷

图2 热轧起皮缺陷

2 “起皮”缺陷的金相组织及能谱分析

对以上两类起皮取样进行超声波清洗，金相组织如图3 所示。通过电镜扫描能谱分析，发现除了有C和Fe 基体存在外，起皮缺陷处能谱还存在O、Na、Mg、Al、Si、K 和Ca 等元素，如图4 所示。缺陷处因存在K、Na 等元素，且成分与保护渣较为相似，故造成连铸结晶器内卷渣或夹杂物卷入[1]。

图3 起皮缺陷处的金相组织

图4 起皮缺陷处组分能谱

3 “起皮”缺陷的原因分析

起皮缺陷的主要炼钢原因是Al2O3夹杂物的聚集—脱落造成结晶器液面波动，钢水流经侧孔，通钢量变大，将未熔化保护渣或渣块卷入，被初生坯壳捕捉嵌入皮下，形成皮下夹渣，热轧后出现“起皮”缺陷[2]。

4 钙处理工艺对低碳含铝钢钢水产品质量的影响

由于低碳含铝钢特性原因，其液态钢水中串簇状坚硬的Al2O3夹杂物较多，在连铸浇铸过程中，随着连浇炉数的增加，极易在塞棒头部与上水口碗部啮合部位聚集形成夹杂物。当夹杂物聚集到一定程度后，开始脱落，引起结晶器液面波动，导致卷渣严重，铸坯表面及内部质量恶化，“起皮”缺陷较多，严重影响带钢的质量。某钢厂2022 年1—8 月浇铸含铝钢采用转炉直上工艺（不进行钙处理），出现液面波动大，下线坯数量较多，铸坯卷渣严重，甚至皮下夹渣，如图5 所示。

图5 铸坯因液面波动引起卷渣

4.1 结晶器液面波动

某钢厂浇铸含铝钢时，钢水采用转炉直上工艺，钢中Al2O3含量较高，钢水可浇性较差，夹杂物不断的聚集—脱落，导致结晶器液面波动，如图6 所示，保护渣及渣块被初生坯壳捕捉嵌入，经过轧制后形成起皮缺陷。据某钢厂统计，2022 年1—8 月，因结晶器液面波动引起卷渣导致的带钢起皮占炼钢原因热轧降级总数的75.12%，如见表1 所示。

表1 卷渣导致起皮占炼钢原因降级的比例

图6 夹杂物掉落引起的液面波动

由表1 可以看出，1—8 月，由于未对含铝钢钢水进行钙处理，夹杂物掉落引起液面波动及翻腾，导致卷渣起皮占炼钢原因热轧降级的比例较大，热轧协议品率最高达到了0.41%。严重影响了带钢质量。

4.2 连铸下线修磨坯数量增加

在现有钢水条件下，对1—2 月份“起皮”缺陷统计，并进行原因分析，发现液面波动超过18 mm 的铸坯导致热轧出现“起皮”的概率较高，占总“起皮”缺陷的68.85%，如表2 所示。为了确保供给下道工序合格的铸坯，在现有钢水无钙处理冶炼工艺下，3—8月，某钢厂针对液面波动超过18 mm 的铸坯进行下线修磨处理，修磨难度较大，人员劳动强度增加。经过6 个月的详细跟踪分析，整体下线坯数量趋势如图7 所示。

表2 液面波动18 mm 铸坯热轧出现起皮的占比情况

图7 2022 年3—8 月下线坯数量趋势

8 月15 日后，某钢厂开始实验炉后钙处理工艺。据相关数据显示，8 月15 日之前，连铸下线坯共约260 根，8 月15 日之后约100 根，下线坯数量整体大幅减少。

5 炉后钙处理的应用效果

5.1 钙处理原理

含铝钢中氧化物主要为串簇状的Al2O3，通过对钢水进行钙处理，使钢水中Ca 含量增加，将串簇状坚硬的Al2O3变性为球状铝酸钙，钢水流动性得到改善，可浇性提高，促进大颗粒的夹杂物上浮，钢水纯净度得到提升，从而减少了结晶器液面波动的发生[3]。

5.2 冶金效果

据相关资料显示，钙处理钢水中m（Ca）/m（Al）＝0.08～0.14，Al2O3夹杂物可变性形成液态流动性好的7Al2O3·12CaO。渣中m（CaO）/m（Al2O3）控制在1.71，渣中吸附Al2O3夹杂物的能力较强[4]。某钢厂于2022 年9 月开始对现有含铝钢进行钙处理，将钢水m（Ca）/m（Al）控制在0.06～0.10，渣中的m（CaO）/m（Al2O3）控制在1.5～1.7，取得了较好的冶金效果。从根本上解决了夹杂物掉落引起的液面波动，稳定了结晶器液面（见图8），减少了下线坯数量（见图9），起皮数量大幅降低（见图10），提高了产品质量。

图8 钙处理后液面稳定

图9 采取钙处理工艺前后下线坯数量对比

图10 采取钙处理前后热轧协议品率对比

6 结论

1）低碳含铝钢未进行钙处理，浇铸时因夹杂物聚集掉落引起液面波动卷渣，轧制时易出现“起皮”缺陷。

2）低碳含铝钢未进行钙处理的情况下，下线坯数量大幅增加，修磨铸坯难度大，深层的卷渣无法修磨干净，轧制时易出现“起皮”缺陷。

3）钢水经过钙处理后，结晶器液面稳定，根本上解决了夹杂物聚集脱落引起的液面波动，热轧协议品率从0.41%降低到0.03%，结晶器液面波动幅度超过18 mm 的下线坯数量从535 根降到51 根，达到了良好的冶金效果。

钢水钙处理工艺的推行，从根本上改善了钢水的可浇性，提高了钢水的纯净度，结晶器液面波动引起的热轧带钢表面质量问题得到解决，有利于日后品种钢的开发，为产品质量的提升奠定了基础。