低碳含鋁鋼鈣處理改善熱軋帶鋼起皮缺陷的實踐及效果

王 楊，周 航，李 科，江海明，李秋華，喬立巖，安軍城，王 振

（唐山瑞豐鋼鐵（集團）有限公司煉鋼廠，河北 唐山 063100）

0 引言

隨著鋼鐵工業的發展，熱軋帶鋼的質量要求不斷提高，帶鋼表面質量成為衡量企業技術水平的重要指標。帶鋼表面缺陷種類繁多，主要有結疤、氧化鐵壓入和異物壓入等，最常見的缺陷是帶鋼表面起皮缺陷。

本文針對某廠1580 熱軋帶鋼產線在生產過程中出現的起皮缺陷進行分析，制定了相應的預防措施，成功解決了該項質量難題。

1 “起皮”缺陷的宏觀形貌

某廠1580 熱軋帶鋼起皮缺陷主要集中于邊部距離帶鋼表面中心位置200～400 mm 內及邊部20～100 mm 內，沿軋制方向呈鏈條狀。根據表檢儀檢測及實物觀察，分為兩種類型的缺陷：一是缺陷處有明顯的金屬顆粒，呈項鏈狀，如圖1 所示。二是沿軋制方向呈斷續分布，無連續性，且缺陷部位類似開裂或外皮翹起包裹氧化鐵皮，如圖2 所示。

圖1 熱軋起皮缺陷

圖2 熱軋起皮缺陷

2 “起皮”缺陷的金相組織及能譜分析

對以上兩類起皮取樣進行超聲波清洗，金相組織如圖3 所示。通過電鏡掃描能譜分析，發現除了有C和Fe 基體存在外，起皮缺陷處能譜還存在O、Na、Mg、Al、Si、K 和Ca 等元素，如圖4 所示。缺陷處因存在K、Na 等元素，且成分與保護渣較為相似，故造成連鑄結晶器內卷渣或夾雜物卷入[1]。

圖3 起皮缺陷處的金相組織

圖4 起皮缺陷處組分能譜

3 “起皮”缺陷的原因分析

起皮缺陷的主要煉鋼原因是Al2O3夾雜物的聚集—脫落造成結晶器液面波動，鋼水流經側孔，通鋼量變大，將未熔化保護渣或渣塊卷入，被初生坯殼捕捉嵌入皮下，形成皮下夾渣，熱軋后出現“起皮”缺陷[2]。

4 鈣處理工藝對低碳含鋁鋼鋼水產品質量的影響

由于低碳含鋁鋼特性原因，其液態鋼水中串簇狀堅硬的Al2O3夾雜物較多，在連鑄澆鑄過程中，隨著連澆爐數的增加，極易在塞棒頭部與上水口碗部嚙合部位聚集形成夾雜物。當夾雜物聚集到一定程度后，開始脫落，引起結晶器液面波動，導致卷渣嚴重，鑄坯表面及內部質量惡化，“起皮”缺陷較多，嚴重影響帶鋼的質量。某鋼廠2022 年1—8 月澆鑄含鋁鋼采用轉爐直上工藝（不進行鈣處理），出現液面波動大，下線坯數量較多，鑄坯卷渣嚴重，甚至皮下夾渣，如圖5 所示。

圖5 鑄坯因液面波動引起卷渣

4.1 結晶器液面波動

某鋼廠澆鑄含鋁鋼時，鋼水采用轉爐直上工藝，鋼中Al2O3含量較高，鋼水可澆性較差，夾雜物不斷的聚集—脫落，導致結晶器液面波動，如圖6 所示，保護渣及渣塊被初生坯殼捕捉嵌入，經過軋制后形成起皮缺陷。據某鋼廠統計，2022 年1—8 月，因結晶器液面波動引起卷渣導致的帶鋼起皮占煉鋼原因熱軋降級總數的75.12%，如見表1 所示。

表1 卷渣導致起皮占煉鋼原因降級的比例

圖6 夾雜物掉落引起的液面波動

由表1 可以看出，1—8 月，由于未對含鋁鋼鋼水進行鈣處理，夾雜物掉落引起液面波動及翻騰，導致卷渣起皮占煉鋼原因熱軋降級的比例較大，熱軋協議品率最高達到了0.41%。嚴重影響了帶鋼質量。

4.2 連鑄下線修磨坯數量增加

在現有鋼水條件下，對1—2 月份“起皮”缺陷統計，并進行原因分析，發現液面波動超過18 mm 的鑄坯導致熱軋出現“起皮”的概率較高，占總“起皮”缺陷的68.85%，如表2 所示。為了確保供給下道工序合格的鑄坯，在現有鋼水無鈣處理冶煉工藝下，3—8月，某鋼廠針對液面波動超過18 mm 的鑄坯進行下線修磨處理，修磨難度較大，人員勞動強度增加。經過6 個月的詳細跟蹤分析，整體下線坯數量趨勢如圖7 所示。

表2 液面波動18 mm 鑄坯熱軋出現起皮的占比情況

圖7 2022 年3—8 月下線坯數量趨勢

8 月15 日后，某鋼廠開始實驗爐后鈣處理工藝。據相關數據顯示，8 月15 日之前，連鑄下線坯共約260 根，8 月15 日之后約100 根，下線坯數量整體大幅減少。

5 爐后鈣處理的應用效果

5.1 鈣處理原理

含鋁鋼中氧化物主要為串簇狀的Al2O3，通過對鋼水進行鈣處理，使鋼水中Ca 含量增加，將串簇狀堅硬的Al2O3變性為球狀鋁酸鈣，鋼水流動性得到改善，可澆性提高，促進大顆粒的夾雜物上浮，鋼水純凈度得到提升，從而減少了結晶器液面波動的發生[3]。

5.2 冶金效果

據相關資料顯示，鈣處理鋼水中m（Ca）/m（Al）＝0.08～0.14，Al2O3夾雜物可變性形成液態流動性好的7Al2O3·12CaO。渣中m（CaO）/m（Al2O3）控制在1.71，渣中吸附Al2O3夾雜物的能力較強[4]。某鋼廠于2022 年9 月開始對現有含鋁鋼進行鈣處理，將鋼水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，取得了較好的冶金效果。從根本上解決了夾雜物掉落引起的液面波動，穩定了結晶器液面（見圖8），減少了下線坯數量（見圖9），起皮數量大幅降低（見圖10），提高了產品質量。

圖8 鈣處理后液面穩定

圖9 采取鈣處理工藝前后下線坯數量對比

圖10 采取鈣處理前后熱軋協議品率對比

6 結論

1）低碳含鋁鋼未進行鈣處理，澆鑄時因夾雜物聚集掉落引起液面波動卷渣，軋制時易出現“起皮”缺陷。

2）低碳含鋁鋼未進行鈣處理的情況下，下線坯數量大幅增加，修磨鑄坯難度大，深層的卷渣無法修磨干凈，軋制時易出現“起皮”缺陷。

3）鋼水經過鈣處理后，結晶器液面穩定，根本上解決了夾雜物聚集脫落引起的液面波動，熱軋協議品率從0.41%降低到0.03%，結晶器液面波動幅度超過18 mm 的下線坯數量從535 根降到51 根，達到了良好的冶金效果。

鋼水鈣處理工藝的推行，從根本上改善了鋼水的可澆性，提高了鋼水的純凈度，結晶器液面波動引起的熱軋帶鋼表面質量問題得到解決，有利于日后品種鋼的開發，為產品質量的提升奠定了基礎。