板卷夾渣缺陷的成因及控制

王立貞，霍彥朋，王碩明，朱立光

(1.河北聯(lián)合大學(xué)冶金與能源學(xué)院河北省現(xiàn)代化冶金技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北唐山063009;2.河北鋼鐵集團(tuán)唐山鋼鐵有限責(zé)任公司，河北唐山063016)

0 引言

隨著高品質(zhì)鋼材的需求量不斷增加，世界鋼鐵市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，這不僅體現(xiàn)在鋼材的價(jià)格上，更體現(xiàn)的品種和質(zhì)量上。唐鋼生產(chǎn)的薄板坯經(jīng)軋制后出現(xiàn)夾渣缺陷，影響了生產(chǎn)產(chǎn)品的整體質(zhì)量，嚴(yán)重影響到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。為進(jìn)一步解決板卷夾渣缺陷問(wèn)題，對(duì)其產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析，并且提出一些可行性措施，使板卷夾渣問(wèn)題得到了明顯改善［1-3］。

1 板卷夾渣缺陷產(chǎn)生原因

夾渣缺陷主要為鑄坯表面卷入耐火材料，軋制后在板卷表面呈灰白色或紅褐色，有一定寬度，兩端有尖，有明顯延展痕跡。2009年夾渣缺陷共計(jì)446.12噸，占總?cè)毕荼壤秊?.24%，2010年1～10月份共計(jì)104.5噸，占總?cè)毕萘康?.92%(特殊說(shuō)明:2010年澆注SPHD鋼較多，更容易產(chǎn)生夾渣缺陷)。

夾渣主要集中在開(kāi)澆以及換水口過(guò)程中，由于此操作需手動(dòng)控制塞棒，在操作過(guò)程中很容易導(dǎo)致結(jié)晶器液面波動(dòng)較大，容易造成鑄坯卷入保護(hù)渣。主要形式有剪切卷渣、漩渦卷渣、彎月面擾動(dòng)、液面結(jié)殼四種。剪切卷渣是結(jié)晶器內(nèi)渣-鋼界面由于鋼流在由窄面轉(zhuǎn)向中心流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生剪切作用，一部分保護(hù)渣在此環(huán)流方向上延伸，當(dāng)流速超過(guò)某一臨界值時(shí)，一部分被拉動(dòng)的液渣最后斷裂成乳化渣滴。此渣滴有可能被凝固坯殼的前沿捕捉而卷入鋼液，形成夾渣。漩渦卷渣是由于水口對(duì)中不好、水口堵塞等原因造成結(jié)晶器偏流，從而形成漩渦，保護(hù)渣被這種漩渦卷入鋼液內(nèi)部形成夾渣。彎月面擾動(dòng)是水口周圍的氬氣泡引起渣-鋼界面的擾動(dòng)，并牽引液態(tài)鋼高于正常液面形成鋼水局部波動(dòng)，產(chǎn)生卷渣。液面結(jié)殼是當(dāng)鋼水溫度太低時(shí)造成結(jié)晶器保護(hù)渣結(jié)殼，形成絮狀渣團(tuán)，容易被帶入鋼中［4］。圖1中(a)為液面波動(dòng)導(dǎo)致的夾渣。

同時(shí)在澆注RH冶煉低碳鋼時(shí)，存在漲桿，主要為Al2O3等鋼水中的絮瘤非金屬夾雜物在水口內(nèi)壁聚集到一定程度后，被坯殼捕捉，聚集在水口內(nèi)的Al2O3等夾雜周期性脫落而隨鋼流進(jìn)入結(jié)晶器，從而被結(jié)晶器的彎月面再次捕獲。鋼水中的氧化物系非金屬夾雜物主要來(lái)源于鋼水中未及時(shí)上浮的脫氧產(chǎn)物、鋼水二次氧化的生成物及鋼包、中包等耐火材料熔損及卷入形成個(gè)的外性?shī)A雜物。被凝固的鑄坯捕獲后形成的夾雜物夾渣。圖1中(b)為液面波動(dòng)和Al2O3夾雜導(dǎo)致的夾渣。

圖1 不同原因?qū)е碌膴A渣

2 夾渣缺陷控制措施

2.1 開(kāi)澆操作控制措施

在澆注低碳鋼時(shí)，開(kāi)澆往往存在漲桿情況，結(jié)晶器液面波動(dòng)較大，為減少開(kāi)澆漲桿情況，主要是提高開(kāi)澆爐次的Ca/Als，以保證開(kāi)澆桿位穩(wěn)定。目前控制比值為0.08～0.12。圖2為Ca/Als比不同時(shí)SPHC鋼開(kāi)澆曲線。同時(shí)加強(qiáng)大包開(kāi)澆操作，開(kāi)澆前中包進(jìn)行吹氬排空氣，防止鋼水進(jìn)入中間包后二次氧化。添加覆蓋劑時(shí)保證中包開(kāi)澆噸位20噸左右，防止覆蓋劑卷入鋼水。提高開(kāi)澆拉速漲速加速度，目前一般控制為2 min漲到1.2 m/min，同時(shí)增加頭坯切割量，由以前的0.5m提高到2.5～3 m。

圖2 Ca/Als比不同時(shí)SPHC鋼開(kāi)澆曲線

2.2 浸入式水口渣線控制措施

浸入式水口結(jié)構(gòu)是否合理設(shè)計(jì)必須與鋼水條件、中間包和結(jié)晶器設(shè)計(jì)、連鑄坯規(guī)格、連鑄機(jī)拉速等具體情況相對(duì)應(yīng)，不能機(jī)械使用別人的設(shè)計(jì)。澆鑄過(guò)程中保持浸入式水口合適的插入深度也至關(guān)重要，浸入式水口的插入深度過(guò)度降低是非常有害的，因此必須保證合適的浸入式水口的插入深度［4-5］。

中間包起渣線時(shí)控制≤40 mm，以保證水口的插入深度，目前控制為80～120 mm(插入深度定義:水口側(cè)孔上沿到渣線的距離)。同時(shí)起渣線時(shí)，由于1#機(jī)中間包車東西升降不同步，起渣線時(shí)中包車顫動(dòng)問(wèn)題，要求起渣線時(shí)不能連續(xù)起，以穩(wěn)定結(jié)晶器內(nèi)鋼水流場(chǎng)。

2.3 澆注RH冶煉低碳鋼時(shí)漲桿控制措施

澆注RH冶煉低碳鋼時(shí)，由于漲桿導(dǎo)致液面波動(dòng)較大，為此采用透氣上水口，緩解漲桿情況，同時(shí)澆注時(shí)采用留渣操作，剩余鋼包鋼水，防止下渣。

澆注RH冶煉過(guò)程中，漲桿過(guò)程一般伴隨著液面波動(dòng)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)，塞棒桿位超過(guò)90mm時(shí)往往液面波動(dòng)，為避免液面波動(dòng)導(dǎo)致的鑄坯缺陷或粘結(jié)，往往降低鑄機(jī)拉速。使用吹氬上水口后，由于較好的緩解了漲桿速度，液面波動(dòng)情況也有所改善。使用普通上水口與吹氬吹氬上水口澆注SPHD鋼時(shí)液面控制情況如表1及圖3所示。2.4結(jié)晶器液面控制

表1 普通水口與吹氬上水口澆注情況對(duì)比

圖3 不同水口澆注時(shí)液面控制情況

結(jié)晶器液面波動(dòng)時(shí)導(dǎo)致夾渣的很重要原因，通過(guò)與液面自動(dòng)控制廠家結(jié)合，對(duì)渦流液面自動(dòng)控制系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，包括儀表的參數(shù)Hc、P和界面參數(shù)A、B、C、L重新選定。對(duì)電動(dòng)缸控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行重新維護(hù)調(diào)整。目前正常澆注情況下，液面波動(dòng)由±3 mm降低到±1.5 mm，調(diào)整前后波動(dòng)圖如圖4所示。

圖4 液面自動(dòng)控制系統(tǒng)波動(dòng)圖

3 結(jié)論

1)為減少開(kāi)澆漲桿情況，穩(wěn)定結(jié)晶器液面波動(dòng)，目前控制Ca/Als比值為0.08～0.12;

2)中間包起渣線時(shí)控制≤40 mm，以保證水口的插入深度，目前控制為80～120 mm;

3)使用吹氬上水口，比普通水口較好的緩解了漲桿速度，液面波動(dòng)情況也有所改善;

4)通過(guò)對(duì)渦流液面自動(dòng)控制系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，目前正常澆注情況下，液面波動(dòng)由±3 mm降低到±1.5 mm。

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