降低铸坯夹杂物含量减少大规格角钢废品.pdf

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1、铸坯质量29 降低铸坯夹杂物含量减少大规格角钢废品李大忠田凤纪田萍程大海刘杰刘景元陆晓旭(唐钢股份公司第二炼钢厂)摘要通过在冶炼、连铸工序控制夹杂物的数量、形态，提高钢水纯净度，完善铸坯质量，减少大规格角钢在轧制过程中产生的开裂、黑斑废品。R e d u c t i o no ni n c I u si o nc o nte n t i nb e am b I a n ka n dr ej e c tr a t i oo f l a r g e 一s i z ea n gl es e c ti o n LID az h o n g T I A NFen 幻 i T I A NPi n g (N

2、 o.ZS t e e l mak i n g Pl a n t A B S T R A C T Thec racka n dd a rkm a rko n ro l l i n g h a v e b e e nre d u c e dt h ro u g ht h e c o n t ro l c l e a n l i n e s s a n dc a s t i n g q u al i t y.前言 C H E N GD a h a i L I UJ i e IJUJi n 群 u a nL UX i ao x uo f Tan g s h anl ro n a n d s t e

3、e l C o.，Lt d.)t h et ra n s fe r b a r o c c u 二dd u ri n gl a r g e 一s i z ea n gl es e c t i o no ni n c l u s i o nq u anti t ya n dfo rm a n di 哪ro v e men t o f s t e e l 大规格角钢是指 14号、16号、18号、20 号厚度不同的等边与不等边角钢。坯料为定尺不同的1 6 5 m mx 2 8 0 m m或 1 6 5 mm x 2 2 5 m m矩型坯。大规格角钢在轧制过程中展开量和变形量较大，对铸坯质量要求较高。

4、大规格角钢自投产以来，废品量一直较高，有的批次废品率甚至达到20%。为此，开始对角钢坯料质量的攻关。2 情况调查2.1 角钢废品情况及低倍组织检验结果 角钢废品主要是开裂和黑斑。通过对角钢低倍组织进行分析，发现角钢的端部开裂严重，表面有裂纹，裂纹内部有白色固体。在端部裂纹附近取样进行金相检验，金相组织基本正常，为铁素体 十 珠光体，晶粒度7.5 级;端部裂纹与外界相通，在试样的近表面存在大量孔洞。在端部裂纹附近取样进行夹杂物检验，发现角钢内部存在氧化夹杂物4.5 级。可以看出，角钢金相组织正常，角钢的近表面存在的大量孔洞是由铸坯内的夹杂物造成的;此外，角钢内部存在大颗粒的尖锐氧化物夹杂物。2.

5、2 夹杂物造成角钢产生黑斑和开裂的原因 裂纹的生成与夹杂物有密切的关系。在轧钢过程中容易变形的金属在难以变形的夹杂物周围流动时，产生很大的张力，使金属和夹杂物界面的联结断裂，形成空隙或孔洞;或者由于夹杂物周围应力使夹杂物破碎，也可形成空隙或孔洞。在轧钢过程中空隙和孔洞与钢的表面连通造成开裂。如果造成裂纹形成的夹杂物的颗粒或数量较大，并且裂纹分布在角钢表面，冶炼夹杂物或冶炼夹杂物与轧钢氧化物的混合物暴露在角钢表面，形成一种非金属质感物质即黑斑。因此，铸坯内部、表面、皮下的夹杂物是角钢产生开裂、形成黑斑的主要原因。2.3 铸坯质量情况 (1)铸坯缺陷判定情况铸坯缺陷判定见表 1。表1 铸坯缺陷判定

6、缩孔角部裂纹 边部裂纹 中心裂纹 中间裂纹 皮下气泡，门j4422内j444 (2)对铸坯组织及缺陷的分析分析铸坯缺陷情况可以看出:铸坯低倍组织中激冷层很薄，中心等轴晶区很小或不存在，一次柱状晶发达，很多区间存在“搭桥穿晶”现象，二次枝晶很少;铸坯中心疏松、缩孔严重，普遍存在内部裂纹缺陷，非金属夹杂物较多。铸坯虽然存在疏松、缩孔及内部裂纹，但从角钢裂纹中大部分存在氧化物夹杂物的情况分析，铸坯中非金属夹杂物的大量存在是影响角钢质量的关键因素。(3)铸坯中全氧情况判断铸坯非金属夹杂物的重要指标是铸坯中全氧含量，表 2 为部分炉次铸坯全氧含量情况。(4)铸坯夹杂物分析 从角钢废品中的夹杂物分析结果可

7、以看出，影响角钢质量主要是铸坯中的氧化物系夹杂物。夹杂物除分布在铸坯的表面、振痕谷底及皮下外，还存在于靠近铸坯内弧侧的 1 乃 一1/4 处。主要为脱氧及 3 0连铸2(X)5年第3 期二次氧化产物，如A 犯 0 3、51 仇及各种尖晶石类和钙的各种铝酸盐等。表2 铸坯全氧含量炉号170170130130250溯1201303一1 1 1 291 一1 的 2 21一 1 0 8 6 91一 1 0 8 6 73一 1 1 3 7 52一1 1 4 1 33一 1 1 3 3 63一 1 1 3 3 5钢种Q 2 3 5Q 235Q 345Q 345Q 235全氧 含量/x l o 一 6低，

8、见图1。3.3 提高冶炼终点碳含量 冶炼终点碳与终点 0 的关系见图2。经过努力，终点C 0.08%炉次已达70%。3.4 脱氧控制 选用硅铝钡钙代替硅铝铁作为脱氧剂，效果比较见表5。表中【0 均为由氮一氧仪测定的钢水中的溶解氧。720700680660640620600 尸、侧蛆dl乃、J233434QQQ1 9 992 0 0 0 图 1 2(X)1时间/年2 0 0 22(X)31 5终点温度情况，olx/亏艇欢000000000000不120108060402岁、一口一艇欢3 采取的措施3.1 基本工艺路线 为控制钢中全氧含量，降低铸坯夹杂物数量，制定了提高冶炼终点碳含量，降低出钢温度

9、，优化脱氧，延长底吹时间，连铸实施“三稳定”操作，促进夹杂物上浮与吸收的基本工艺路线。3.2 温度控制 (1)连铸第一包钢水温度控制表3 为某批次角钢废品及其中连铸第一包钢水产生废品的情况。由表3 可以看出，连铸第一包钢水废品率较高，原因是出钢温度提高，后吹严重，终点【0 含量高。为降低第一包钢水温度，采取了连铸中间罐加强烘烤，钢包使用拓o m m水口，缩短开浇时间，减小温降等措施。随后制定了新的第一包钢水开浇温度，表 4为新旧温度对比。图2 冶炼终点【C与终点 0 的关系表 5 不同脱氧剂脱氧效果比较终点加人脱氧剂量/k g 脱氧剂 终点炉号钢种表3 连铸第一包产生废品统计硅铝 铁硅钙硅铝

10、成本/【0 /隽 申L O/钡钙 元/炉 x l o 一 6x l o 一 67187778252753429252D加。6500.10口一勺了%-07吹/一住后炉数/炉废品量/t占比例/%2 8 2 56 1 51 21 7638005708760505490240绷绷200 30505025第一包5 5.31 9.70.0 50.砚 妈1170910750表4 第一包钢水新旧温度对比0.肠后吹铸机/号钢种2低合金断面/Inln矩形坯1 6 5X1 6 5矩形坯:日 规定/1 61 5、1 6 3 5新规定/1 5 9 0、1 6()51 一 7 9 7 8Q 2352 一 7 8 3 2Q

11、 2353 一 1 2 7 凭 Q 1 9 53 一 7 9 8 5Q 2 3 54一s l 4 5 N C3一7 9 8 9N C1 一8 2 8 9 N C2 一8 1 7 6Q 2 3 5温度/1 7 0 11 6 9 21 7 4 51 6 8 71 6 9 71 6 9 81 7 1 61 7 3 40.050.0 5605610610615615620620620615500595595朋枷郎哪605溯普碳钢 由表5 看出，使用硅铝钡钙脱氧，钢包中 0 明显降低，说明其脱氧能力明显强于硅铝铁+硅钙。使用硅铝钡钙脱氧具有如下特点:(1)对普碳钢具有深脱氧作用，使用普通脱氧剂脱氧钢液中

12、 0 含量一般为 70 x1 0 一“l oo x1 0“，本次试验证明使用硅铝钡钙复合脱氧剂后钢液中【0 整体水平下降，可达35x 1 0 一 6 以下。(2)后吹炉次的脱氧效果好，脱氧效果稳定，增强了炉前脱氧的可操作性。6535653565353535XXXXXXXX65356535653535355、6低合金 普碳钢3Q 1 95 Q23 5 低合金1 6 1 51 6 3 51 6 2 51 64 51 6 2 51 64 51 6 1 51 6 3 51 6 1 01 6 3 01 6 2 51 64 51 6 2 01 64 01 6 2 51 64 51 6 2 5一1 64 5

13、1 6 1 51 6 3 51 5 9 51 6 1 0(2)连浇炉次温度控制冶炼终点温度逐年降铸铸坯质童31质量 (3)应用复合脱氧剂后，脱氧产物的组成改变，由高熔点夹杂物变成低熔点复合夹杂物;钙、钡元素使晶粒得到细化，可改善钢的综合性能。3.5 钢包搅拌操作 为促进夹杂物充分上浮并被顶渣吸收，采用钢包加低碳覆盖剂，底吹实施低压软吹并适当延长底吹时间的工艺制度。上浮的夹杂物被覆盖剂吸收，钢包顶渣的A 犯 0 3 含量增加。表6 为钢包顶渣A1 2 O 3含量变化情况。的情况。经过筛选，最终确定 O G一 1 号渣为角钢坯料专用保护渣。其成分与主要性能见表9。表8 保护渣原成分及结晶器液渣中的

14、从仇含量变化/%渣号O G一1O G一2OG 一3保护渣原始含量结晶器液渣含量4.003.2 13.7 64.9 53。5 6表，O G 一 1 保护渣成分及性能表 钢包顶渣 从仇含量变化/%玩05 1 仇/%/%蕊0.5 29.9M 四C a o/%/%1.53 0.5A-12 0 3些4.1C/%熔点 熔速生1 080类别试样 1试样 2试样 3平均覆盖剂原始含量钢包顶渣含量1 5.1 31 3.261 4 311 4 2 3 从钢包顶渣的A 犯 0 3 含量变化情况可以确定，钢包底吹及镇静阶段对于控制钢中夹杂物的数量十分重要。因此，在角钢坯料生产过程中除严格执行底吹制度外，稳定钢水组织节

15、奏，使钢水在连铸浇钢平台有3 一 4 而n 的镇静时间及防止浇注后期钢包下渣也十分重要。3.6 连铸工序质量保证 (1)连铸“三稳定”操作为保证钢水在中间罐有一定的存留时间，使夹杂物充分上浮，减少中间罐渣卷人注流的概率，在浇钢过程中必须保证中间罐液面稳定，并保持一定的液面高度;浇注角钢坯料时，钢水液面高度应保持在4 00一 s oolnln。结晶器液面保持稳定，是防止保护渣卷人钢中，减少铸坯皮下和表面夹渣的重要措施。同时，拉速也应保持稳定，在与温度基本匹配的基础上，实施中低拉速控制。(2)中间罐覆盖剂吸附夹杂物的作用中间罐顶渣中A 犯 0 3 含量变化情况见表7。从表7 可以看出，通过确保镇静

16、时间，稳定钢水液面，中间罐钢水中的夹杂物大量地被中间罐顶渣吸收。表7 中间罐不同罐序顶渣从仇含量变化情况3.7 减少连铸生产事故 (1)优化振动频率以高频率、小振幅为原则，根据铸坯断面修改振动公式，提高振频，达到减轻振痕，减少漏钢的目的。振动公式原为 f=60V，2 8 0 m mx1 6 5 m m断面改为 f=8 0+5 0 V、2 2 5 nun x1 6 5 m m断面改为f=9 0+5 0 v，v为拉速。修改前后振频和负滑脱时间对比见表 10。旧-48团728496V/m 而n 一 1表 10负滑脱时间对比振频/次 而 n 一 负滑脱时间/s1 2()0.3 41 3 00.271

17、粼)0.2 21 5()0.1 91 日)0.1 7新0.2 10.1 90.1 70.1 50.1 480246 .0山.1.11，1覆盖剂成分A12 O 3 含量/%2第 6 罐 1 3.1 8第 7 罐第 8 罐1 7.1 7 (3)结晶器保护渣吸附夹杂物的情况结晶器保护渣具有润滑、填充气隙、隔热、吸附夹杂物的作用。选用角钢坯料专用保护渣时，除满足连铸浇钢过程对保护渣的一般要求外，着重对保护渣吸附夹杂物，特别是吸收氧化物系夹杂物的能力进行了考察。表8 为不同配比的保护渣吸收A 犯 0 3 系夹杂物 (2)改进结晶器水套结晶器水套由圆角上下法兰定位水缝宽度 s m m，改为双定位方角水套水

18、缝宽度4.s m m。改进后，水缝的精度得到保证，冷却水流速提高，铸坯冷却均匀性提高，确保了铸坯外形尺寸精度，减少了脱方、凹陷等缺陷;同时，保证“三稳定”操作对减少漏钢事故起到很好的作用。(3)采用铸钢结晶器压盖 铸坯产生表面夹渣的一个主要原因是结晶器压盖炸裂后，在浇钢过程中结晶器渗水，保护渣受潮，造成烧结熔化状态不好，在铸坯表面形成夹渣。为提高压盖的热振稳定性，将铸铁压盖改为铸钢材质，杜绝炸裂事故，基本消除了渗水浇钢的情况。3.5 优化冷却制度 为改善铸坯凝固组织，以“弱冷”方针调整二冷水量，措施是:稳定0 段水量，减少一段水量，增强二段水量。采取0 段使用净环水;减少一段水量分配，一段、二

19、段之间控冷，使铸坯适当返温;加长二段水条，增大二段水量分配。3 2连铸2 005 年第3 期4 生产工艺效果 采取上述措施后，铸坯内在质量、表面及外形质量均有很大提高。表 n为采取措施后铸坯全氧含量情况。表 n采取措施后铸坯全氧情况炉号钢种全氧含量/x 1 o 一 62 一 7 7 2 7Q 2351 3 03 一 7 9 9 7Q 2 3 51 203 一 7 3 5 lQ 3 451(X)1 一 7 4 3 5Q 3 4 5921 一 8 0 8 9Q 2 3 51 3 03 一 8 0 l lQ 2 3 51 叨3 一 7 4 印Q 3 4 51 田3 一 7 4 64Q 3 4 589

20、 角钢质量攻关取得很好的效果，角钢废品率逐年下降，2003 年角钢废品率一直稳定在0.5%以下，其中 有两个月废品率仅为0.01%、0.02%，达到了较高的水平。5 存在的问题 生产实践证明，当生产角钢坯料的工艺制度执行不完善时，仍可能出现质量波动，经过分析，生产中还存在着以下间题:(1)钢水节奏不稳定，造成中间罐液面和拉速波动，影响铸坯质量。(2)随着中间罐寿命的延长(普碳钢达 1 3 h)浇注过程中不放渣，中间罐内的顶渣最厚可达3 00m m，当罐内钢液面较低时，渣卷入注流的概率增大。(3)中间罐使用石英质下水口，寿命短、更换频繁，造成结晶器液面和拉速波动严重。为解决此问题，准备使用铝碳质

21、水口。6 结论 (1)钢中夹杂物破坏钢基体的连续性，在轧钢过程中造成应力集中并形成裂纹，铸坯中的氧化物系夹杂物是角钢产生开裂的主要原因。(2)通过实施正确的工艺路线，可以减少钢中夹杂物数量，达到纯净钢水，改善铸坯质量的目的。(3)生产角钢坯料的基本工艺路线，对其它一些钢种，如拉拔用材T 功8、L 10、Q195，在加工过程中需切削、锻打的优质圆钢45 号、40C r 等均具有指导和借鉴意义。若 兔 享、宇 豁 宇舀 护谷这 宇、寥知 谷 兔 宇舀 护书孰 宇、护李、宇盏 护俗 熟 釜 丸 享若橄 享盏 李苍沌 享、宇若这 争、享李、宇 护岁、李 争 谷 这 宇.宇.苍 孰 宇、寥.釜 沌 穿、

22、护 若 达 宇、宇毛魁(上接第 18 页)表4 轧坯补复样数/炉361几4ll2断面 mm2 X】XZ 仪)钢种复平复占复a k复。或。复平和a1 5 0X I 5 0 从表4 可以看出，在 2 0()m mx 2 00m m的2 0 0 炉的铸坯中，补复样共 30炉，其力学性能一次合格率为8 5%;1 5 0 m mx l 5 O m m的2 0 3 炉的铸坯中，其力学性能一次合格率达 97.53%，均比采用 IEM S时的80%和88%有了较大提高。证明M E M S 不仅改善了铸坯表面质量，而且对铸坯内部质量也有较大改善。6 结论 (l)M E M S 技术是一项系统工程，实践证明，必须

23、根据结晶器的特点，寻求 M E M S 最佳的安装位置和最佳的搅拌工艺参数，才能取得较好的效果。(2)采用 M E M S 后，铸坯表面和皮下质量明显改善，表面和皮下的气孔和夹杂物数量减少，表面凹坑数量和深度降低，特别是2 Cr13铸坯表面的一次检验合格率提高了12%。(3)采用 M E M S 后，铸坯内部质量也有较大提高。铸坯等轴晶率的平均值达到50%以上，最高达到63%;有效地改善了中心缩孔和中心偏析，中心疏松也有较大改善。从轧坯力学性能的提高也可以得到证明。特别是消除了铸坯内部的白亮带，解决长期困扰齿轮钢铸坯质量的难题。(4)对含Ti和高C r 钢种，由于钢水豁度大、可浇性差、过热度又

24、高，铸坯心部质量特别是中心疏松还存在不足。根据 国内外经验看，采用单一的M E M S 使铸坯心部质量达到满意的效果是有难度的，建议采用 M E M S 和 F E M S 的组合搅拌技术。参考文献 I E.F r a v e，etal.The mec h 耐s mo f mou l d e l e c rr 0 Ill a 目 l le t i c st i rrin g.St e e l 书zn es j n t 的 a t i o”a】.1 998，9，9 一1 2.2 毛斌.结晶器电磁搅拌技术是一项系统工程.“现代连铸技术进 展”第七届全国连铸学术年会论文集.2 0(3，271 一 2 77