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        淺析HPB235鑄坯內部缺陷的形成與控制措施

        文章作者: 來源:博長控股 發布時間:2013/06/27 瀏覽次數:1056
            作者:冷鋼煉鋼廠陽平凡
            摘要:本文對冷鋼煉鋼廠生產的HPB235鑄坯內部缺陷進行了分析,通過對生產關鍵環節的操作進行調整,降低了內部缺陷級別,提高了鋼坯內部質量,滿足了高線生產要求,減少了鑄坯廢品,提高了經濟效益。
            關鍵詞:HPB235鑄坯  內部缺陷  操作  調整

        前 言 

        鋼鐵行業競爭日趨激烈,只有不斷提升鋼鐵產品的質量、降低生產成本,才能在市場中占有一席之地。就煉鋼流程而言,生產無缺陷鑄坯或不影響終端產品性能可容忍缺陷的鑄坯,就是其追求的目標。

        冷鋼煉鋼廠現有方坯連鑄機兩臺(五機五流和六機六流連鑄機各一臺),澆注斷面為165mm×165mm,主要生產的鋼種有:HRB335、HRB400、HPB235、HRB400(盤螺)、ML35、Q195B(ML)等。自進行165方改造以來,生產的HPB235鋼坯在高線廠軋制過程中多次出現開裂、掉邊等質量問題,給高線生產帶來了較大的影響。經低倍檢驗,鋼坯內部質量存在一定問題,尤其是縮孔、裂紋等內部缺陷較為嚴重。煉鋼廠經過認真分析,對生產過程中關鍵環節的工藝操作進行了調整,鋼坯內部質量有了明顯提高,為高線生產提供了較好的母材。

        2   HPB235的冶煉要求

            化學成分

        HPB235化學成分控制要求見表1。

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        2.2  工藝控制

        2.2.1  各爐次之間含[C]差≤0.02%    [Mn]/[Si] ≥3.0  [Mn]/[S] ≥15。

        2.2.2  出鋼采用全程吹氬,到氬站后,保證氬站吹氬時間不小于8分鐘。

        2.2.3  鋼水氧含量:[O] ≤55ppm。當鋼水含[O] >55ppm時,必須喂鋁線脫氧,喂完線后必須吹氬3分鐘以上。

        2.2.4  為保證鋼水可澆性,必須定氧并進行相應處理,減少鋼水中夾雜物含量。

        2.2.5  正常爐次的大包鋼水溫度:1580~1590℃;中間包典型溫度:1530~1550℃;液相線溫度:1515~1525℃。

        2.2.6  連鑄采用氬氣密封型全保護澆注。

        2.2.7  采用HPB235鋼種專用結晶器保護渣;結晶器為拋物線型結晶器。

        3  HPB235鑄坯的主要內部缺陷

        冶煉HPB235時,每個澆次隨機割取2~3個鋼坯樣,進行酸浸低倍檢驗和金相分析(見圖1)。從檢驗結果看,主要內部缺陷為中心疏松、縮孔、中心裂紋、中間裂紋等且情況較為嚴重,等級為2.0~3.0級,有的甚至達到4.0級,非金屬夾雜物等級為1.0~2.0級。

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        由于上述缺陷等級較高,造成軋制時出現鑄坯開裂,軋不合,軋鋼切頭多,重者判廢等情況,嚴重影響經濟效益,成為生產中亟待解決的問題。

        4   內部缺陷及其形成原因

        4.1  中心疏松、縮孔

        4.1.1  從鑄坯凝固觀點看,鑄坯中心疏松縮孔形成可以用“小鋼錠”理論來解釋。在連鑄二冷區,由于冷卻條件的差異,凝固前沿柱狀晶生長呈現不規則變化,某些部位優先發展的柱狀晶產生“搭橋”現象,正在凝固中的鑄坯像一個“小鋼錠”一樣凝固,且呈周期性出現。實際測定表明,相鄰兩橋的間隔為30~300mm不等。由于橋下面鋼水凝固得不到充分補縮,就在中心形成疏松縮孔并伴隨有中心偏析,其嚴重程度取決于柱狀晶和等軸晶的比例。這種缺陷在軋制過程中會導致不均勻的轉變產物產生脆斷,這對于軋制棒線產品是一個必須解決的問題。

        4.1.2  從鑄坯冷卻收縮觀點看,中心疏松縮孔形成與鑄坯凝固前沿液體凝固收縮和凝固坯殼膨脹有關。鑄坯液相底部中心和表面的冷卻速度相差較大,從而引起鑄坯中心和表面的收縮速度不同,使鑄坯中心區面積發生變化。

        4.1.3  中心疏松縮孔在軋制后不能焊合,影響軋材的生產效率。

        4.2  中心裂紋

        連鑄坯中心裂紋的形成是一個非常復雜的冶金物理過程,是傳熱、傳質和應力相互作用的結果,常常伴隨疏松、縮孔和偏析產生。從宏觀上說,坯殼受外力作用是產生裂紋的條件。從微觀上說,鑄坯發達的柱狀晶結構、鑄坯冷卻相變、奧氏體晶界第二相質點析出等降低了鋼的高溫塑性,在外力作用下(包括鋼水靜壓力、彎曲應力、矯直應力、熱應力、導輥不對中產生的附加應力等),鑄坯液相穴凝固前沿承受的應力和應變超過其臨界值時,就會在固液界面產生裂紋。裂紋內部主要是硫化物夾雜(FeS、MnS)。分析其產生的原因有以下幾個方面。

        4.2.1  鋼水過熱度太高,柱狀晶發達“搭橋”。從記錄數據來看,出現中心裂紋的爐次,鋼水過熱度普遍較高,有的達到35~40℃;

        4.2.2  鑄坯鼓肚,尤其是凝固末端區域的鑄坯鼓肚會導致鑄坯應變增大;

        4.2.3  拉速太快,冷卻強度太弱,鑄坯溫度太高。數據顯示,在冶煉HPB235時,連鑄拉速超過2.7m/min及以上時,出現中心裂紋的機率要明顯增加。

        4.3  中間裂紋

        中間裂紋位于鑄坯表面和中心之間的任一位置,垂直于鑄坯表面,裂紋長短不一,沿柱狀晶界擴展。形成主要原因分析如下。

        過熱度的影響

        鋼水過熱度即為液相線以上的溫度,在連鑄生產中體現為中間包溫度。為滿足澆注鋼水具有良好的流動性,控制鋼水過熱度在15~25℃之間,由于生產不穩定及執行工藝制度不嚴格,部分澆注爐次過熱度超過40℃,隨著鋼水過熱度的升高,鑄坯收縮量大,熱應力升高,中間裂紋級別呈明顯升高趨勢。

        拉速的影響

        由于生產方面的問題,導致連鑄鋼水供應不穩定,致使拉速不穩定,造成二冷段水量急劇變化,嚴重影響鑄坯冷卻效果,造成鑄坯內部熱應力不均勻,易產生中間裂紋。

        噴淋管不對中的影響

        噴淋管與鑄坯不對中,會造成二冷水噴向鑄坯一側,造成鑄坯冷卻不均勻,使鑄坯產生的熱應力也不勻勻,加之二冷水質處理不好,水中氧氣鐵皮等夾雜物多,造成噴嘴堵塞,加劇了冷卻不均勻,特別是二段、三段噴嘴堵塞,冷卻水量不均且減少,加劇了在二、三段冷卻時回溫過快(超過100℃/m),產生更大的熱應力,導致中間裂紋產生。

        4.3.4  鋼水氧含量的影響

        鋼水氧含量升高,鋼中氧化物夾雜升高,在凝固過程中形成共晶體存在于晶界中,鑄坯在冷卻及矯直時易開裂,同時氧化物夾雜破壞了鋼的連續性。

        4.3.5  二冷比水量的影響

        為了提高產量,采用高拉速強冷卻的方式,比水量大,熱應力也大,鑄坯也易產生中間裂紋。

        4.4  非金屬夾雜物

        連鑄坯中夾雜物按來源分為內生夾雜物和外來夾雜物。

        4.4.1  內生夾雜物主要是脫氧產物,其特點是:

        (1)溶解氧含量[O]增加,脫氧產物增加;生成夾雜物數量取決于鋼中溶解氧含量[O]、化學反應能力和夾雜物上浮。

        (2)夾雜物尺寸決定于脫氧產物的形核長大,煉鋼條件下,脫氧產物尺寸為1~5 μm ,碰撞長大后尺寸可達5~30μm 。

        (3)在鋼包吹氬攪拌后,大部分夾雜物能上浮。試驗指出,85%的脫氧產物上浮到渣相。

        (4)鋼成分和溫度變化時有新的夾雜物沉淀(小于5μm)。

        4.4.2  外來夾雜物主要包括鋼水與環境(空氣、包襯、爐渣、水口等)的二次氧化產物、下渣和卷渣形成的夾雜。其特點是:

        (1)夾雜物粒徑大,大于50μm甚至達到幾百微米。

        (2)組成復雜,多為復合夾雜物,如耐火材料、爐渣組成。

        (3)來源廣泛,包括二次氧化產物、卷渣、耐火材料侵蝕等。

        (4)偶然性分布。

        5   針對內部缺陷采取的改進措施

        為了盡快解決鋼坯內部缺陷問題,煉鋼廠對各生產環節進行了認真分析,從轉爐、連鑄兩方面入手,對生產HPB235的操作工藝進行了調整。

        5.1  轉爐冶煉操作調整

        根據HPB235鋼種的特性,對轉爐冶煉操作進行了調整。

        5.1.1  對S高的鐵水在脫硫站進行鐵水預處理,鐵水S控制在0.035%以下。

        5.1.2  冶煉過程中嚴禁加入降溫劑,只能通過調整廢鋼加入量來控制倒爐溫度。

        5.1.3  脫氧劑改用BaCaSi、鋁鐵脫氧,控制鋼水中夾雜物的形態和大小。

        5.1.4  出完鋼后,若[O]>70ppm時,必須進行二次定氧,確保鋼中氧含量合乎要求。

        5.2  連鑄操作調整

        由于HPB235屬于裂紋比較敏感鋼種,連鑄操作也進行了相應的調整。

        5.2.1  控制中間包過熱度,由原來的30~40℃之間降為20~30℃,鑄坯在冷卻時收縮量變小,產生的熱應力也減小,鑄坯產生裂紋的傾向也減小。

        5.2.2  加強生產組織與控制,保證連鑄機鋼水穩定供應,拉速控制在2.5m/min以內。

        5.2.3  二冷比水量由原來的1.6L/Kg調整為1.4L/Kg(拉速為2.5m/min時)。

        5.2.4  調整二冷水比例:二冷三段水量比原來減10%,二冷二段減5%至二冷一段,二冷水配比更趨合理,使鑄坯表面溫度盡量處于高溫塑性區。

        5.2.5  加強對連鑄機的對中精度和維護。凡是連鑄機有時間停機,對結晶器、二冷噴淋管及噴嘴、拉矯機等關鍵設備進行全面仔細檢查,確保設備的正常運轉。

        5.2.6  加強臺下火焰、精整工對鋼坯質量的監督,發現問題及時反饋處理,防止不合格坯出廠。

        6  生產效果

        通過上述一系列措施的實施,鋼坯內部質量有了明顯的改善,縮孔、裂紋等級降為1.0~2.0級,非金屬夾雜物基本消除,基本能滿足高線生產的要求。

        7  結語

        在煉鋼生產中,采用工藝優化和對設備精確調整等措施,對提高鋼坯內部質量起到了一定作用,但還不能徹底解決鑄坯內部缺陷問題。目前應用電磁攪拌和輕壓下技術是解決鑄坯內部缺陷、獲得高品質鑄坯的有效技術,這已成為冶金行業的共識,并得到廣泛應用,因此,企業應進一步采取有效措施,為提高鋼坯質量創造有利條件。

         

         

         

        參考文獻

        蔡開科.連鑄坯質量控制.冶金工業出版社.

         

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