天鐵Φ150～Φ210 mm圓管坯表面質量控制

徐擁江（天津天鐵冶金集團有限公司煉鋼廠，河北涉縣056404）

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天鐵Φ150～Φ210 mm圓管坯表面質量控制

徐擁江
（天津天鐵冶金集團有限公司煉鋼廠，河北涉縣056404）

［摘要］針對Φ150～Φ210mm圓管坯表面渣坑、氣孔和縱裂紋缺陷，分析了缺陷特征、產生機理及影響因素。通過優化煉鋼、精煉、連鑄相關工藝參數，采取相應控制措施，使鋼坯表面缺陷率由0.233％下降到0.085％以下，圓管坯表面質量得到明顯的提高。

［關鍵詞］圓管坯；渣坑；氣孔；裂紋；控制

1　引言

天鐵集團煉鋼廠2#圓坯連鑄在2010—2014年生產期間，鑄坯表面不同程度地存在渣孔、氣孔、縱裂紋質量缺陷，特別是在小規格Φ150 mm斷面上表現的尤為突出，需要投入大量人力物力，對缺陷坯進行集中修磨精整，同時伴隨出現了大量報廢坯。期間雖經過多次工藝調整，但效果均不理想。隨著企業成本壓力的日益上升，及早解決這些問題成了當務之急。為此，煉鋼廠技術人員通過對這些缺陷的形成機理進行深入的分析探討，全工序查找原因，改變攻關方向，制定實施了一系列改進措施，使鑄坯表面質量缺陷得到了有效控制。

2　生產工藝條件

2.1工藝流程

高爐鐵水→600 t混鐵爐→45 t轉爐→50 t LF鋼包爐→（50 t VD爐）→全弧型R9m五機五流圓坯連鑄→檢驗判定→修磨精整→合格入庫。

2.2生產的規格及鋼種規格有Φ150、Φ180、Φ210 mm斷面。主要鋼種有20、45、40Cr、Q235B、27SiMn、37Mn5、C22.8、20Mn等。

3　圓管坯表面缺陷

3.1表面渣坑

在圓坯表面形成的隨機分布、坑口不規則且比內尺寸大、坑內表面凹凸不平并附著少量渣殼的開放型的孔洞。渣坑缺陷形貌見圖1。

圖1　表面渣坑形貌圖

渣坑形成機理：調查發現，表面渣坑缺陷多發生在鋁鎮靜鋼和中包塞棒棒位上漲、結晶器液面波動嚴重的硅鋁鎮靜鋼上，并且在這些澆次的中包侵入水口內壁附著有大量外來夾雜物。經分析后認為：鋼中大量高熔點夾雜物在中包水口碗部和內壁的聚集引發了棒位和結晶器液面的劇烈波動；同時熔融的結晶器保護渣吸收了部分Al2O3、MgO等高熔點物質，導致保護渣粘度上升性能改變，局部形成復雜成分的團簇狀硬性質點。這些硬性質點隨著液態保護渣流入到結晶器與坯殼之間。由于溫度的降低，質點會裹挾保護渣進一步長大和硬化，隨著結晶器振動被壓入到初生坯殼的表面，出結晶器后在二冷水的冷卻和沖擊作用下，部分渣殼會自動脫落，最后形成渣坑缺陷。

3.2表面氣孔

在圓坯表面形成離散的“倒Ω”型開放型小孔，孔口較圓且直徑比內部小，直徑比渣孔小，內壁光滑，沒有渣樣東西殘留。氣孔形貌見圖2。

圖2　表面氣孔形貌圖

氣孔形成機理：現場跟蹤發現氣孔缺陷都是在雨季或潮濕天氣且不經VD處理的鋼種上發生。從中包取樣分析鋼中［O］在30.6～49.8×10-6、［N］在50.7～78.6×10-6，含量正常。采用在線定氫設備對鋼包精煉爐的出站鋼水進行［H］含量測定，測定值在5.6～7.3×10-6之間，對比VD處理鋼中［H］含量要高出3.5×10-6以上。分析認為：當鋼中［H］含量超過其在鋼中的飽和溶解度時，在結晶器凝固過程中，氣體溶解度隨著溫度下降及組織變化而降低，便會在鋼中析出的［H］、［N］和［CO］氣體，經過形核、長大成小氣泡。小氣泡上浮過程會進一步吸附氣體逐漸長大，上浮速度進一步加快。那些上浮速度大于鋼水凝固速度，且遠離彎月面的氣泡可順利排除，而上浮速度小于鋼水凝固速度和靠近彎月面處的氣泡則被初生溝形凝固殼捕捉，在鋼水靜壓力不斷增加和結晶器振動不斷拉伸愈合坯殼的共同作用下，氣泡擊穿凝殼釋放形成氣孔缺陷。

3.3表面縱裂紋

在圓坯表面沿軸向分布、長度從幾毫米到幾百毫米不等、深度2～5 mm的裂紋，裂紋常拌有凹陷發生。其形貌見圖3。

圖3　表面縱裂紋形貌圖

縱裂紋形成機理：調查發現，表面縱裂紋往往伴隨著凹陷一起出現，鋼水潔凈度差時會加大裂紋幾率，嚴重時會導致漏鋼。根據對縱裂漏鋼的殘留坯殼（見圖4）檢驗分析，認定裂紋源在結晶器的中上部就已產生，隨著鑄坯向下運行進一步擴展。其根本原因是保護渣指標設計不合理、結晶器銅管與水套之間的水縫不均勻、連鑄工藝參數選擇不當。這些因素的疊加導致鋼水在凝固初期冷卻不均勻，致使初生坯殼厚度不均，加上鑄坯徑向存在較大的溫度梯度，先凝固的坯殼受到徑向的拉應力和鋼水的靜壓力作用，就會在初生坯殼的薄弱處產生應力集中。當應力大于坯殼的高溫強度時形成裂紋源，并會在二冷區進一步擴展，形成縱裂紋缺陷。

圖4　縱裂漏鋼的殘留坯殼

4　圓坯表面質量控制措施

4.1表面渣坑控制措施

渣坑的控制重點是提高鋼水的潔凈度和連鑄的穩態澆注。具體控制措施如下：

（1）加強轉爐操作，在確保深脫磷的基礎上，力爭終點鋼水不過氧化。

（2）維護好出鋼口，出鋼時間不得小于1'50"。采用擋渣塞控制一次下渣和自動擋渣標控制末期下渣，鋼包下渣厚度≤50 mm。

（3）出鋼溫度控制1 620～1 640℃。溫度過低不僅影響渣料熔化，增加鋼包精煉爐的升溫負擔，還會使底吹透氣磚表面結冷鋼堵塞，惡化精煉效果；溫度過高不利于脫磷并增加回磷量。

（4）采用一步脫氧法。出鋼時根據鋼種要求差別采用鋁塊、硅鋁鋇、硅鋁鋇鈣、硅鋇鈣等不同的脫氧劑進行終脫氧。出鋼過程加入石灰、合成渣、螢石等造渣料，利用鋼流的沖擊和底吹攪拌，使成渣時間提前，增大反應界面，促進脫氧產物和渣滴碰撞聚合，能快速上浮入渣，盡可能減少鋼液污染。

（5）優化精煉渣系。將CaO-Al2O3-CaF2渣系優化調整為CaO-Al2O3-SiO2渣系，該渣系具有熔點低流動性好、乳化程度高及埋弧性好的優點，尤其對夾雜物的吸附能力有明顯提高效果。優化后的渣系組成范圍為CaO：53％～58％、Al2O3：22％～28％、SiO2：8％～15％、MgO：5％～7％。

（6）夾雜物變性處理工藝優化，確定合理的加鈣量。加入的［Ca］量少，起不到對高熔點Al2O3的變性作用；加入的［Ca］量過大，則會加劇塞棒棒頭和侵入式水口的侵蝕，容易造成棒位不穩、結晶器液面波動大，增加卷渣幾率。確定硅鋁鎮靜鋼的喂CaSi線量為0.6 kg/t，鋁鎮靜鋼的喂CaSi線量為1.0 kg/t。

（7）開澆爐次中包充氬氣對未加覆蓋劑的裸露鋼水進行保護，避免鋼水二次氧化。

（8）涂抹料中包烘烤時間控制在5～6 h，避免因過長時間烘烤造成塞棒頭部損壞，而導致液面波動。力求恒拉速澆注，正常液面波動控制在±3 mm以內。

4.2表面氣孔控制措施

（1）加強原材料的管理，保持各種物料干燥，雨季運輸物料要有防雨防潮措施。石灰儲存時間不超過12 h，合金必須烘烤后再使用。轉爐煙道或鋼包爐蓋漏水時不能煉鋼。

（2）鋼包爐操作中及時調整除塵風量，保持爐口微正壓，加強爐內還原氣氛控制；縮短成渣時間≤8 min，提高埋弧效果，減少鋼液吸氣量。

（3）適當延長軟吹鎮靜時間。

（4）確保全程無氧化澆注保護效果，尤其要注意對鋼包長水口的氬封保護效果，防止鋼液吸氣，中包采用雙層覆蓋劑結構。

4.3表面縱裂紋控制措施

（1）綜合考慮保護渣的堿度、粘度、熔化溫度、熔速等性能指標與鋼種及規格的匹配性，確保有穩定的液渣層厚度和合適的渣耗。

（2）結晶器水量由120～130 t/h，調整為110～120 t/h，減緩坯殼過早收縮。

（3）考慮到電磁攪拌對彎月面形狀改變的影響，水口插入深度增加20 mm，達到80～130 mm。

（4）結晶器銅管與水套之間的水縫按Φ150 mm：4 mm、Φ180mm：4 mm、Φ210 mm：3.5 mm調整到位。

（5）電磁攪拌參數由2 Hz、360 A調整為2 Hz、360 A。

（6）保證結晶器與二冷導向輥的對弧精度。

5　結束語

工藝改進后，圓坯實物質量控制水平達到較高水平，其中T［O］≤35×10-6、［H］≤2×10-6、五害元素Pb、Sn、As、Sb、Bi之和55×10-6～129×10-6，鋼坯潔凈度有了明顯提高，塞棒棒位和結晶器液面非正常波動（＞±3 mm）情況大幅減少，鋼坯表面缺陷率由0.233％下降到0.085％以下，圓管坯表面質量指標得到明顯的提高。

參考文獻

［1］陳俊峰，李文獻. LF預熔精煉渣成分優化的研究［J］.東北大學材料與冶金學報，2003（3）：173-176

［2］蔡開科.澆注與凝固［M］.北京：冶金工業出版社，1992.

［3］劉霞.連鑄圓坯縱裂淺析［J］.包鋼科技，1999（4）：113.

Surface Quality Control over Tiantie Φ150～Φ210 mm Round Billet for Pipe

XU Yong-jiang
（Steel-making Plant，Tianjin Tiantie Metallurgy Group Co.，Ltd.，She County，Heibei Province，China 056404）

AbstractThe defect characteristics，formation mechanism and influential factors of slag pit，air hole and longitudinal crack for Φ150～Φ210 mm round billet for pipe were analyzed. Relevant process parameters for steel-making，refining and casting were optimized and relevant control measures taken. The surface defect rate of the billet dropped from 0.233％to less than 0.085％. The surface quality of the round billet for pipe was significantly improved.

Key wordsround billet for pipe；slag pit；air hole；crack；control

doi：10.3969/j.issn.1006-110X.2016.03.008

收稿日期：2016- 02- 04修回日期：2016- 02- 22

作者簡介：徐擁江（1972—），男，本科，工程師，主要從事產品研發、工藝技術開發、質量管理與控制等工作。