鍍錫板表面點(diǎn)狀缺陷的分析與改進(jìn)

肖同達(dá)，孔勇江，謝 輝，馬 赟

（1.寶鋼股份武鋼有限煉鋼廠，湖北 武漢 430080；2.武鋼新日鐵（武漢）鍍錫板有限公司，湖北 武漢 430080）

鍍錫板也叫“馬口鐵”，主要用于食品罐及飲料罐等包裝行業(yè)，鋼基板表面缺陷及內(nèi)部細(xì)小的夾雜在成罐過程及罐裝食品保存過程中，會(huì)形成沖壓開裂和腐蝕孔洞，從而導(dǎo)致漏液[1]。實(shí)際生產(chǎn)過程中鍍錫板常會(huì)出現(xiàn)一種點(diǎn)狀缺陷，嚴(yán)重影響了鍍錫板的表面質(zhì)量及使用性能，造成批量改判。通過JSM-6610 型掃描電鏡和能譜儀對(duì)缺陷部位進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)缺陷部位存在O、Al、Si、Na、F、Ba 等元素，因?yàn)楹琋a、F 等結(jié)晶器保護(hù)渣指向性元素，判斷該缺陷是鋼基板遺傳而來的，因此對(duì)鋼質(zhì)夾雜引起的點(diǎn)狀缺陷機(jī)理進(jìn)行了綜合性分析和改進(jìn)。

1 缺陷形貌及試驗(yàn)方法

1.1 點(diǎn)狀缺陷宏觀形貌

該類型缺陷在鍍錫板及原板上表現(xiàn)為針尖大小的黑點(diǎn)，部分缺陷表現(xiàn)為沿軋制方向兩個(gè)間隔的黑點(diǎn)，如圖1（a）所示；部分缺陷表現(xiàn)為沿軋制方向一個(gè)橢圓形白斑，白斑的頂部或中間位置有一個(gè)黑點(diǎn)，如圖1（b）所示；還有一種點(diǎn)狀缺陷形貌表現(xiàn)為小白點(diǎn)，在日光下不易觀察到，但在表面檢測(cè)頻閃儀下觀察比較清晰，主要發(fā)生在高錫板表面，如圖1（c）所示。

圖1 鍍錫板表面點(diǎn)狀缺陷宏觀形貌

點(diǎn)狀缺陷在帶鋼上、下表面，寬度方向上隨機(jī)分布，無明顯規(guī)律，部分缺陷在帶鋼長(zhǎng)度方向上1/3 范圍內(nèi)集中出現(xiàn)（帶鋼全長(zhǎng)約8000m），后續(xù)逐漸消失；部分缺陷則集中在帶鋼中部2000m～3000m 范圍內(nèi)，頭尾表現(xiàn)正常；部分缺陷則在帶鋼長(zhǎng)度方向上隨機(jī)分布。

1.2 試驗(yàn)方法及結(jié)果分析

通過JSM-6610型掃描電鏡和能譜儀對(duì)不同類型的點(diǎn)狀缺陷進(jìn)行微觀分析，用體式顯微鏡放大60～200倍視場(chǎng)下觀察缺陷形貌。

（1）對(duì)圖1（a）所示的缺陷樣板進(jìn)行微觀分析如圖2 所示，兩個(gè)點(diǎn)狀缺陷之間相互連接，單個(gè)缺陷點(diǎn)長(zhǎng)度約200um，寬度約150um，缺陷處輪廓清晰，邊界沒有規(guī)則，呈鋸齒狀，有包覆性特征。缺陷點(diǎn)含O、Al、Ca、Na、Ba 等元素，證實(shí)該類型缺陷由鋼基體遺傳來的。

圖2 缺陷樣板的微觀形貌圖

（2）對(duì)如圖1（b）所示的缺陷樣板進(jìn)行微觀分析如圖3 所示，缺陷長(zhǎng)度約300um，寬度約100um，邊界輪廓情況與圖2 相同。缺陷點(diǎn)處含O、Al、F、Ca、Ba、Na 等元素，證實(shí)缺陷由鋼基體遺傳來的。

圖3 缺陷樣板的微觀形貌圖

（3）對(duì)圖1（c）所示的缺陷樣板進(jìn)行微觀分析如圖4 所示，缺陷長(zhǎng)度200um～500um，寬度約100un，邊界輪廓情況與圖2 相同。缺陷點(diǎn)處含O、Al、Ca 等元素，證實(shí)缺陷由鋼基體遺傳來的。

圖4 缺陷樣板的微觀形貌圖

1.3 其他類型點(diǎn)狀缺陷

鍍錫板生產(chǎn)過程中，帶鋼表面會(huì)出現(xiàn)其它類型的點(diǎn)狀缺陷。如導(dǎo)電輥表面狀態(tài)異常[3]，導(dǎo)致錫層破壞的一種“燒點(diǎn)”缺陷,而異物附著類缺陷缺陷在帶鋼表面發(fā)生位置、大小和數(shù)量不固定，因異物種類不同而表現(xiàn)出不同形貌；鍍錫后出現(xiàn)在帶鋼表面的點(diǎn)狀污跡（小白點(diǎn)），與帶鋼表面乳化液的快速揮發(fā)相關(guān)[2]。此類缺陷宏觀形貌與鋼質(zhì)夾雜缺陷相似，在掃描電鏡下的輪廓對(duì)比容易辨識(shí)區(qū)分。

2 鋼質(zhì)夾雜缺陷產(chǎn)生的機(jī)理分析及改進(jìn)措施

2.1 點(diǎn)狀缺陷產(chǎn)生的機(jī)理

缺陷部位含Na、F 等結(jié)晶器保護(hù)渣指向性元素，結(jié)合缺陷的形貌特征及分布規(guī)律，證實(shí)該類型點(diǎn)狀缺陷是由于煉鋼工序連鑄環(huán)節(jié)結(jié)晶器內(nèi)鋼液卷渣引起。連鑄中包內(nèi)的鋼水通過浸入式水口流入結(jié)晶器，保護(hù)渣覆蓋在鋼液表面，從側(cè)孔流出的鋼流碰到初始凝固坯殼后形成上升流和下降流[3]，理想情況下的穩(wěn)定流場(chǎng)能夠保持結(jié)晶器液面的相對(duì)穩(wěn)定。在水口堵塞、拉速變動(dòng)、氬氣流量變化、中包噸位波動(dòng)等連鑄異常時(shí)，會(huì)引起結(jié)晶器內(nèi)流場(chǎng)的變化。結(jié)晶器內(nèi)鋼液上升流過強(qiáng)時(shí)，形成的折返流沖擊彎月面，增加了鋼渣界面流速，結(jié)晶器液態(tài)渣卷入鋼液被初始坯殼捕獲后形成皮下夾雜缺陷；結(jié)晶器內(nèi)氬氣流量過大時(shí)，水口側(cè)孔鋼水流速會(huì)增加，一部分氬氣泡隨鋼流做循環(huán)流動(dòng)，一部分較大的氬氣泡在浮力作用下上升到鋼渣界面，氬氣泡的破裂對(duì)鋼渣界面造成沖擊，形成卷渣；鋼流從水口側(cè)孔快速流出時(shí)，側(cè)孔上方會(huì)形成很強(qiáng)的負(fù)壓，在大氣壓力的作用下，液態(tài)渣沿著水口外壁進(jìn)入負(fù)壓區(qū)，同樣會(huì)引起皮下夾渣缺陷。

2.2 保護(hù)渣類點(diǎn)狀缺陷的改進(jìn)措施

2.2.1 控制結(jié)晶器折返流對(duì)鋼液面的沖擊

（1）浸入式水口插入深度優(yōu)化。穩(wěn)定狀態(tài)下結(jié)晶器內(nèi)上升流流速過高，會(huì)引起鋼渣界面處流速的增加，鋼水卷渣的風(fēng)險(xiǎn)增大。結(jié)晶器表面鋼液流速與浸入式水口的插入深度成反比，增加水口插入深度可有效降低結(jié)晶器內(nèi)鋼液卷渣風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)降低浸入式水口側(cè)孔上部負(fù)壓吸渣風(fēng)險(xiǎn)。

（2）確保連鑄過程穩(wěn)態(tài)澆鑄。保持拉速及氬氣的恒定操作,確保結(jié)晶器流場(chǎng)穩(wěn)定，當(dāng)水口堵塞導(dǎo)致結(jié)晶器液面波動(dòng)大時(shí)，對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度鑄坯作降級(jí)處置。

2.2.2 減少氬氣泡對(duì)鋼渣界面的沖擊

氬氣流量的設(shè)定值非常重要，氬氣流量過小起不到密封的作用，鋼液二次氧化導(dǎo)致水口堵塞加?。粴鍤饬髁窟^大時(shí)上浮氣泡會(huì)對(duì)鋼渣界面造成沖擊卷渣，同時(shí)增大的鋼液上升流速也會(huì)增加鋼水卷渣風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)合煉鋼廠連鑄環(huán)節(jié)生產(chǎn)實(shí)際，將三部分氬氣總流量由23L/min 降低到16L/min。

2.2.3 連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣優(yōu)化

相同條件下，結(jié)晶器保護(hù)渣抗剪切（折返流）能力越強(qiáng)，鋼液卷渣的風(fēng)險(xiǎn)越低。適當(dāng)提高保護(hù)渣的粘度、堿度、熔點(diǎn)等理化指標(biāo)，提高連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣液渣表面張力，降低非穩(wěn)態(tài)澆鑄下保護(hù)渣被卷入鋼液的風(fēng)險(xiǎn)。優(yōu)化前后保護(hù)渣成份見表1，保護(hù)渣粘度由0.285pa.s 增加到0.351pa.s，熔點(diǎn)由1100℃提升到1152℃。

表1 結(jié)晶器保護(hù)渣成份優(yōu)化

2.2.4 提高結(jié)晶器液面控制精度

結(jié)晶器液面控制系統(tǒng)由檢測(cè)系統(tǒng)、電器系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)組成。其中，執(zhí)行系統(tǒng)是液壓缸通過機(jī)械機(jī)構(gòu)對(duì)塞棒進(jìn)行升、降調(diào)節(jié)，達(dá)到控流目的。塞棒機(jī)械機(jī)構(gòu)長(zhǎng)期在高溫、粉塵環(huán)境中動(dòng)作，滑動(dòng)面易磨損導(dǎo)致結(jié)晶器液面控制精度下降。開展電器及檢測(cè)系統(tǒng)有效維護(hù)，機(jī)械機(jī)構(gòu)修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化更新，結(jié)晶器液面波動(dòng)±1mm 的比例提高了15%。

3 改進(jìn)效果

改進(jìn)后，鍍錫板冷軋帶鋼表面渣類點(diǎn)狀缺陷得到有效控制，鍍錫板表面質(zhì)量得到大幅度改善，產(chǎn)品改判率由0.75%降至0.05%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié)論

（1）對(duì)鍍錫板冷軋帶鋼表面黑色點(diǎn)狀缺陷分析表明，該缺陷主要是由于連鑄結(jié)晶器流場(chǎng)控制不當(dāng)造成。

（2）黑色點(diǎn)狀缺陷是由于連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼水流場(chǎng)不穩(wěn)定及保護(hù)渣適用性不良，結(jié)晶器保護(hù)渣卷入鋼液，形成皮下夾渣鑄坯缺陷經(jīng)軋制形成。

（3）通過對(duì)連鑄結(jié)晶器環(huán)節(jié)設(shè)備、原料及工藝的控制，如提高塞棒控制精度、優(yōu)化保護(hù)渣理化性能、選擇合適的水口插入深度及合理控制氬氣流量等措施，鍍錫板冷軋帶鋼表面點(diǎn)狀?yuàn)A雜缺陷發(fā)生率明顯降低。