中薄板坯連鑄機(jī)生產(chǎn)SPHC鋼的保護(hù)渣優(yōu)化

于繼洋  吳振剛  王占國(guó)  李哲  張濤

（河北鋼鐵集團(tuán)唐鋼公司，河北唐山 063016）

摘  要：通過(guò)對(duì)SPHC鋼熱軋卷夾渣缺陷顯微分析，認(rèn)為與卷渣有關(guān)。針對(duì)保護(hù)渣理化指標(biāo)對(duì)鑄坯質(zhì)量影響機(jī)理，從保護(hù)渣粘度和渣層厚度方面對(duì)保護(hù)渣進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化后的保護(hù)渣，減少了連鑄保護(hù)渣卷入幾率，進(jìn)而降低了熱軋板卷表面夾渣缺陷。

關(guān)鍵詞：中薄板坯；SPHC鋼；夾渣缺陷；保護(hù)渣

Optimization of Model Powder for Producing SPHC Steel in Medium Thin Slab Caster

Yu Jiyang,Wu Zhengang,Wang Zhanguo,Li Zhe,Zhang Tao

(Tangshan Iron and Steel Company，Hebei Iron and Steel Group，Tangshan，Hebei，063016)

Abstract: Through the microscopic analysis of the hot-rolled slag defects of SPHC steel, it is considered to be related to the slag. According to the mechanism of the influence of the physical and chemical properties of the slag on the quality of the slab, the slag is optimized from the viscosity of the slag and the thickness of the slag layer. The optimized model powder reduces the probability of entrainment of the continuous casting slag, thereby reducing the slag inclusion defects on the surface of the hot rolled coil.

Key words: Medium and thin slab; SPHC steel; Slag inclusion defect; model powder.

1 前言

SPHC鋼熱軋鋼板產(chǎn)品具有強(qiáng)度高，韌性好，易于加工成型及良好的可焊接性等優(yōu)良性能，因而在制造行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

SPHC鋼熱軋卷的表面質(zhì)量對(duì)后續(xù)工序生產(chǎn)的鍍鋅、酸洗以及罩退產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要。唐鋼熱軋部1700線中薄板坯連鑄機(jī)生產(chǎn)SPHC鋼熱軋板卷表面缺陷主要為夾渣，產(chǎn)生夾渣有諸多原因，其中保護(hù)渣的性能在連鑄過(guò)程中對(duì)鑄坯板卷的夾渣缺陷具有決定性的影響。本文通過(guò)對(duì)保護(hù)渣理化性能及生產(chǎn)使用情況的研究，提出了適合唐鋼1700線中薄板坯連鑄機(jī)生產(chǎn)SPHC低碳鋼的保護(hù)渣的理化指標(biāo)，并介紹了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和鑄坯質(zhì)量等情況。

2 夾渣情況說(shuō)明

通過(guò)板卷表面監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)SPHC鋼板卷表面夾渣缺陷進(jìn)行取樣，通過(guò)掃描電子顯微鏡和能譜儀對(duì)夾渣缺陷部位分別進(jìn)行表面形貌分析和成分分析，分析結(jié)果如下。

2.1 夾渣缺陷宏觀形貌及分類(lèi)

根據(jù)板卷表面檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到的夾渣缺陷，按照缺陷長(zhǎng)度、寬度對(duì)缺陷部位的大小可分為3種類(lèi)，具體分類(lèi)情況如圖1所示。

圖1  Ⅰ類(lèi)、Ⅱ類(lèi)、Ⅲ類(lèi)夾渣缺陷形態(tài)

Ⅰ類(lèi)缺陷：長(zhǎng)度一般1-15cm的黑線狀，存在于板卷表層，在板卷橫向分布上無(wú)規(guī)律，占總夾渣卷比例小于10%，長(zhǎng)度1~5cm的短黑線深度不深，酸洗可消除。該類(lèi)夾渣形貌見(jiàn)圖1左。

Ⅱ類(lèi)缺陷：有一定長(zhǎng)度，多為4cm~20cm左右，呈“翹皮狀”分布，有時(shí)為“半嵌入”板卷表層，多集中分布在板卷橫向截面0~10cm位置，即板卷邊部，位置集中度可達(dá)90%，該類(lèi)缺陷發(fā)生幾率大，占總夾渣數(shù)約80%。夾渣形貌見(jiàn)圖1中。

Ⅲ類(lèi)缺陷：長(zhǎng)度較長(zhǎng)，一般大于20cm，此類(lèi)缺陷多為皮下夾渣造成的翹皮，從表面檢測(cè)系統(tǒng)看一般呈“氣泡狀”分布，此類(lèi)缺陷多在板卷中間或邊部，占總夾渣數(shù)小于5%。具體形貌見(jiàn)圖1右。

2.2 夾渣缺陷顯微分析

對(duì)以上3類(lèi)大小不同的夾渣缺陷進(jìn)行顯微分析，觀察缺陷部位的微觀形貌，對(duì)缺陷部位進(jìn)行微區(qū)成分分析。分析結(jié)果如下：

Ⅰ類(lèi)夾渣缺陷，外觀一般為黑線狀，存在于板卷表層，其電鏡形貌可見(jiàn)細(xì)小顆粒狀附著于鋼板表層，外觀形貌和顯微形貌如圖2a所示。對(duì)黑線狀缺陷的成分進(jìn)行分析，結(jié)果顯示主要為Ca-Si-Al-Mg-O復(fù)合氧化物，如圖2b所示。

Ⅱ類(lèi)缺陷，外觀多為 “翹皮狀”分布，有時(shí)為“半嵌入”板卷表層， “翹皮狀”位置在掃描電鏡下的顯微形貌可見(jiàn)族群狀?yuàn)A雜物不規(guī)則分布于鋼板表面，此類(lèi)缺陷的宏觀形貌和顯微形貌如圖3a所示。對(duì)簇群狀?yuàn)A雜物的進(jìn)行能譜能分析，主要為Al-O，Ca-Al-O，Ca-Al-Mg-O，Al-Mg-O復(fù)合氧化物，結(jié)果如圖3b所示。

圖3b Ⅱ類(lèi)夾渣缺陷微區(qū)成分能譜圖

Ⅲ類(lèi)缺陷，一般為大型夾雜物，沿軋制方向鋪展延伸，并且外觀可見(jiàn)一定深度鑲嵌于鋼板基體上，顯微圖像也可見(jiàn)較大的群落狀?yuàn)A雜物互相連接在一起，此類(lèi)缺陷的宏觀形貌和顯微形貌如圖4a所示。對(duì)此類(lèi)夾雜進(jìn)行能譜分析，同Ⅱ類(lèi)缺陷類(lèi)似，主要成分為Al-O，Ca-Al-O，Ca-Al-Mg-O，Al-Mg-O等復(fù)合氧化物，含極少量Si元素，電鏡分析見(jiàn)圖4b。

綜上，對(duì)于熱軋卷表面的夾渣缺陷，經(jīng)過(guò)能譜分析得到結(jié)論為非金屬夾雜物。對(duì)于含有Na、K元素，且Si含量較高等非金屬夾雜物，認(rèn)為與保護(hù)渣夾渣有關(guān)，而保護(hù)渣引起的夾渣，與保護(hù)渣性能密不可分。

3 保護(hù)渣性能與應(yīng)用

3.1 保護(hù)渣的基本理化指標(biāo)

保護(hù)渣的基本理化性能主要有：熔渣粘度、熔渣堿度、熔化溫度、熔化速度液渣層厚度、消耗量及熔化均勻性^[1]。

（1）粘度

在澆注過(guò)程中，適宜的保護(hù)渣粘度可以使保護(hù)渣在結(jié)晶器和坯殼之間形成一層厚度均勻的渣膜，這層渣膜對(duì)改善板坯與結(jié)晶器之間的潤(rùn)滑和穩(wěn)定傳熱具有重要作用。保護(hù)渣的粘度太低會(huì)對(duì)水口造成侵蝕，渣耗增大，渣膜變厚，影響板坯的水平傳熱；粘度太高，又易形成渣條，渣耗過(guò)低，渣膜變薄且不均勻，易造成板坯的縱裂缺陷甚至漏鋼。

（2）堿度  

相關(guān)的研究成果表明^[2]，保護(hù)渣的堿度反應(yīng)保護(hù)渣吸收鋼水中夾雜物的能力，保護(hù)渣堿度大，吸收鋼水上浮夾雜物的能力就越強(qiáng)，但是堿度過(guò)大則引起析晶溫度變高，不利于保護(hù)渣傳熱和潤(rùn)滑。也有相關(guān)文獻(xiàn)認(rèn)為保護(hù)渣的堿度并不是保護(hù)渣性能中的關(guān)鍵參數(shù)。堿度的范圍一般都選在0.8~1.3之間。

（3）渣層厚度與熔化溫度  

能夠在結(jié)晶器與批殼之間形成均勻穩(wěn)定的渣膜，不僅與保護(hù)渣粘度有關(guān)，與渣層厚度和保護(hù)渣的熔化溫度也緊密相關(guān)，渣層厚度與拉速和板坯的斷面大小有關(guān)。一般情況下，保護(hù)渣熔渣層厚度控制在5~10mm^[2]。熔化溫度方面，如果熔化溫度過(guò)低，則保護(hù)渣的消耗量增加，渣膜變厚，使渣膜的擴(kuò)散不易均勻化，影響散熱的均勻性；反之則不利于化渣，熔化速度減慢，渣耗過(guò)低，使保護(hù)渣的潤(rùn)滑性能惡化，易發(fā)生粘鋼甚至漏鋼事故。目前，普遍將保護(hù)渣的熔化溫度控制在1050~1200℃之間^[2]。

（4）熔化速度和消耗量

足夠的保護(hù)渣消耗量是形成合適渣膜厚度，保證結(jié)晶器壁與坯殼之間充分潤(rùn)滑的關(guān)鍵，合適的渣耗可以使板坯與結(jié)晶器之間形成穩(wěn)定均勻的渣膜，這對(duì)保證板坯的表面質(zhì)量非常重要。

3.2 保護(hù)渣性能及使用情況

（1）保護(hù)渣理化指標(biāo)

為進(jìn)一步提高唐鋼熱軋部1700線中薄板坯連鑄機(jī)生產(chǎn)SPHC板坯質(zhì)量，特此對(duì)生產(chǎn)實(shí)際常用的保護(hù)渣（稱(chēng)其為1#渣）進(jìn)行調(diào)查分析。經(jīng)過(guò)檢測(cè)分析，所研究的1#渣化學(xué)成分如表1所示，相關(guān)理化指標(biāo)如表2所示。

表1  1#渣相關(guān)理化指標(biāo)（%）

（2）現(xiàn)場(chǎng)使用情況

由于本次研究對(duì)象為適用于SPHC鋼中薄板坯用保護(hù)渣，因此對(duì)于1#渣，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中涉及的澆注基本信息如表2所示。

表2 唐鋼SPHC鋼化學(xué)成分及澆注基本信息

基于以上工藝條件，在其余工序生產(chǎn)都正常情況下，觀察1#保護(hù)渣使用一段時(shí)間內(nèi)的情況，主要考察熔渣層厚度、結(jié)晶器熱相圖情況。

連鑄開(kāi)澆后，當(dāng)澆注過(guò)程穩(wěn)定后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)人工測(cè)量方式，測(cè)量保護(hù)渣渣層厚度。對(duì)于1#渣在結(jié)晶器內(nèi)的渣層厚度，選取兩個(gè)有代表性的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行展示，如圖5所示，渣層厚為5~7mm。

適當(dāng)?shù)脑鼘雍穸仁窃诮Y(jié)晶器與坯殼之間形成均勻渣膜的必要條件，渣膜對(duì)于鑄坯與結(jié)晶器之間的潤(rùn)滑和傳熱起到關(guān)鍵性作用^[3]�；�于上述1#渣的實(shí)際渣層厚度情況，由于渣層厚度較小，對(duì)保護(hù)渣的傳熱和潤(rùn)滑不利。同時(shí)，由于保護(hù)渣熔化不好，流動(dòng)性變差，引起傳熱不均，形成結(jié)晶器熱流值偏低（1#保護(hù)渣熱流值1500~1600kw/m²，澆注SPHC鋼寬面熱流值一般為1600~1700 kw/m²），進(jìn)而影響連鑄生產(chǎn)以及鑄坯質(zhì)量。如圖6所示，典型的由于保護(hù)渣原因，引起熱流不佳。

4 保護(hù)渣優(yōu)化

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)渣理化指標(biāo)，及使用情況分析，認(rèn)為保護(hù)渣渣層厚度偏薄，當(dāng)液面產(chǎn)生波動(dòng)有向上運(yùn)動(dòng)的鋼液時(shí)，就會(huì)將較薄的保護(hù)渣液渣層穿透，這時(shí)鋼液接觸到燒結(jié)層，如果液面波動(dòng)加劇，鋼液將進(jìn)一步接觸到粉渣層，這時(shí)便發(fā)生卷渣情況。

4.1 保護(hù)渣優(yōu)化的性能指標(biāo)

基于以上卷渣原因分析，為減少由于保護(hù)渣性能原因，而引起的結(jié)晶器內(nèi)鋼液卷渣情況，考慮提高保護(hù)渣粘度，增加液渣層的表面張力；增加液渣層厚度，避免鋼液波動(dòng)穿透液渣層^[4]。

經(jīng)過(guò)對(duì)唐鋼1700線中薄板坯連鑄機(jī)澆注SPHC鋼的相關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行綜合研究，經(jīng)過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，得出對(duì)1#保護(hù)渣優(yōu)化后的物化指標(biāo)，稱(chēng)為2#保護(hù)渣。相關(guān)理化指標(biāo)如分別如表3所示，表3中給出了相比1#保護(hù)渣，對(duì)應(yīng)項(xiàng)的增加和減少。

表3  2#渣相關(guān)理化指標(biāo)

4.2 保護(hù)渣優(yōu)化的效果

使用2#保護(hù)渣時(shí)，在保證與1#保護(hù)渣各項(xiàng)工藝相一致情況下，測(cè)量2#保護(hù)渣液渣層厚度、跟蹤熱相圖情況、并對(duì)比優(yōu)化前后鑄坯夾渣情況。

按照測(cè)量1#保護(hù)渣渣層厚度一樣的方法，測(cè)量2#保護(hù)渣渣層厚度，選取兩個(gè)有代表性的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行展示，如圖7所示，渣層厚為9~10mm。

2#保護(hù)渣渣層厚度合適，能夠在結(jié)晶器和坯殼之間形成良好的液渣層，有助于坯殼和結(jié)晶器的潤(rùn)滑和傳熱。現(xiàn)場(chǎng)澆注過(guò)程中，換包后先加入的2#保護(hù)渣，可以看出熱流曲線均勻穩(wěn)定，熱流值符合鋼種澆注要求。然后換2#保護(hù)渣，加入2#保護(hù)渣后熱流曲線明顯下行，寬面熱流值持續(xù)降低。為了驗(yàn)證這一結(jié)論，重復(fù)上述過(guò)程，加入2#保護(hù)渣，稍后再加入1#保護(hù)渣，觀察熱流情況。驗(yàn)證過(guò)程的熱流曲線如圖8所示。

圖8 使用1#、2#保護(hù)渣的結(jié)晶器熱流曲線變化

跟蹤對(duì)1#保護(hù)渣優(yōu)化之后的板卷夾渣情況，統(tǒng)計(jì)方式為通過(guò)表面檢測(cè)系統(tǒng)，查看分別使用1#和2#保護(hù)渣的爐次所有板卷，通過(guò)夾渣卷數(shù)量占總卷數(shù)比重情況，表示板卷夾渣率。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下圖所示。

通過(guò)對(duì)板卷夾渣情況統(tǒng)計(jì)，從統(tǒng)計(jì)結(jié)果上可以看出，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的2#保護(hù)渣，由于粘度增加，提高了液渣層的表面張力；同時(shí)由于液渣層厚度的增加，避免了鋼液波動(dòng)穿透液渣層，從而減少了卷渣幾率。故夾渣率明顯比1#保護(hù)渣夾渣率低。

保護(hù)渣優(yōu)化之前的板卷夾渣率整體平均水平為19.10%，保護(hù)渣優(yōu)化之后的板卷夾渣率整體平均水平為10.55%。

5 結(jié)論

SPHC鋼夾渣缺陷宏觀上根據(jù)缺陷大小可分為三類(lèi)，通過(guò)掃描電鏡觀察缺陷微觀形貌，根據(jù)缺陷輕重程度，在缺陷部位分別可見(jiàn)顆粒狀?yuàn)A渣、簇群狀?yuàn)A渣、群落狀?yuàn)A渣。

通過(guò)對(duì)SPHC鋼夾渣缺陷進(jìn)行能譜分析，主要成分為Al-O，Ca-Al-O，Ca-Al-Mg-O，Al-Mg-O等復(fù)合氧化物，對(duì)于含有Na、K元素，且Si含量較高等非金屬夾雜物，與保護(hù)渣夾渣有關(guān)。

保護(hù)渣粘度、渣層厚度、熔化溫度對(duì)結(jié)晶器與鑄坯殼之間形成穩(wěn)定的液渣層具體重要作用。

優(yōu)化后的保護(hù)渣粘度控制在0.23左右，液渣層厚度控制在9mm左右，有利于降低SPHC鋼鑄坯夾渣率。

參考文獻(xiàn)

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