本鋼寬板坯超低碳鋼頭坯夾雜原因分析與控制措施

摘 要：介紹本鋼寬厚板坯冷軋超低碳鋼頭坯夾雜的形態及來源特征，針對主要影響澆次頭坯夾雜物的實際情況，分析頭坯卷渣夾雜的形成原因及影響因素，提出相應操作和工藝改進措施，使超低碳鋼頭坯夾雜問題得到一定的改善。

關鍵詞：超低碳鋼；寬板坯；成因；改進措施

THE ANALYSIS AND CONTROL MEASURES ON ULTRA LOW CARBON HEAD INCLUSION OF WIDE SLAB IN BENXI STEEL

Wang Quanzhou Xue Changjiang Yang Kuoming

（Steelmaking Plant of Bensteel Group Corporation Limited. Benxi 117000，China）

Abstract：The article introduces the morphology and source characteristics of inclusions in cold-rolled ultra-low carbon steel billets of wide and thick plates at Benxi Iron and Steel. Based on the actual situation that mainly affects the inclusions in the billets during casting， the formation reasons and influencing factors of slag inclusions in the billets are analyzed， and corresponding operational and process improvement measures are proposed to improve the problem of inclusions in ultra-low carbon steel billets to a certain extent.

Key words： ultra low carbon；wide slab；inclusion；improve measure

0 前 言

自本鋼煉鋼廠寬板坯連鑄機成立以來，冷軋超低碳鋼一直是7號連鑄機重點生產品種，冷軋鋼卷表面夾雜是困擾產品質量的主要技術難題之一。根據鑄坯形態可以將降級鑄坯分為澆次頭坯、鑄中穩態坯、鑄中非穩態坯及澆次尾坯等四種形式鑄坯，雖然除穩態坯外其余形式鑄坯均進行表面清理，但在某些冷軋鋼卷表面依然會出現少量的夾雜，降低了連鑄坯成材率。結合鑄坯的四種形態對近年來夾雜降級量進行統計，澆次頭坯占降級總量的49.6%，最高月份降級量達74%，解決澆次頭坯夾雜降級就成為提高鑄坯成材率的重點任務。

本文從鋼水條件、浸入水口插入深度、結晶器保護渣與開澆渣的聯系和開澆氬氣控制等方面，對超低碳鋼澆次頭坯夾雜問題進行了認真研究和對比，找出了相應的解決對策，制定了操作和工藝改進措施，使低碳鋼澆次頭坯夾雜問題得到有效的改善，大大提高了冷軋鋼卷軋制合格率，并達到了產品質量要求。

1 超低碳鋼頭坯夾雜物形態與組成

1.1 頭坯夾雜物的形態特征及來源

經過對冷軋超低碳鋼頭坯表面缺陷進行詳細的統計和分析，同時對現場收集到的典型缺陷試樣進行金相和掃描電鏡分析，找出了鋼帶表面缺陷的種類、來源及分布的變化規律，頭坯夾雜基本上具有三種來源特征。

1） 鋼水內部的簇狀的脫氧產物及二次氧化物， Al2O3類夾雜：鋼卷表面不等位置的灰白色、白色條狀、點狀夾雜（圖1所示）；

2）開澆過程中由于鋼水流動引起的機械沖刷侵蝕及高溫鋼水的化學侵蝕造成的大尺寸非金屬夾雜物，與耐火材料成分相近，即耐材類夾雜：灰色、淺黃色條狀、片狀夾雜（圖2所示）；

3）由具有結晶器保護渣特征的鈣鋁酸鹽夾雜物、鈣鋁酸鹽和硫化鈣共生的夾雜物，即保護渣類夾雜：鋼卷表面不等位置的灰黑色條狀、起皮夾雜缺陷（圖3所示）。

從大量頭坯夾雜降級形態數據及掃描電鏡分析找出本鋼頭坯夾雜主要集中在第三種來源特征，占降級總量的79.7%左右。解決保護渣類夾雜也就是減少澆次頭坯降級的中心任務。

2 澆次頭坯卷渣的影響因素

2.1 鋼水溫度對卷渣的影響

研究表明[1]，鋼水溫度的高低對卷渣有很大影響，過熱度在25 ～ 35 ℃時卷渣幾率最小。這是因為過熱度過低會導致鋼水熱流量不足，保護渣化渣不良，熔融層厚度不足，容易引起燒結層和粉渣層的渣卷入鋼水中。尤其是開澆時，鋼水散熱快，鋼水溫度下降快，同時液面波動大，更容易在在澆次頭坯上產生夾渣。當鋼水過熱度過高時，發生卷渣幾率也逐步升高，這是由于高的鋼水過熱度使鋼水黏度低，夾雜和氣泡易于上浮。然而高的過熱度又相應使鑄坯凝固減慢，凝固過程中形成的夾雜和氣泡有較多的時間排除。但對于超低碳鋼，因它們的固液相線差很小，凝固區域很窄，凝固速度快，夾雜和氣泡易殘留于鑄坯中，致使澆次頭坯產生夾雜幾率增大。

要求開澆溫度在25 ～ 35 ℃范圍內，不僅要求前部工序提供合適的溫度，同時在中間包預熱上，也要加強操作管理，保證開澆溫降范圍最小化。

2.2 結晶器保護渣對卷渣的影響

結晶器保護渣的理化性能對卷渣的影響起著決定性作用。保護渣堿度、粘度、液渣層厚度等性能決定了卷渣的產生幾率，有研究表明，增大保護渣與鋼液的密度差、界面張力及保護渣粘度均可抑制卷渣的發生。

研究表明[2]，堿度對鋼渣界面張力有直接影響，鋼渣的界面張力隨著堿度的上升而增大。同時粘度直接影響保護渣渣膜厚度，液渣層厚度對板坯卷渣的影響則體現在液渣層太薄時，液渣層易受到鋼水液面波動的影響，使粉渣層、燒結層和液渣層的穩定結構遭到破壞，增加了液渣的粘度波動，易在水口周圍及彎月面處受剪切作用發生卷渣。澆注過程中適當提高保護渣粉渣層厚度有利液渣層厚度的提高。

2.3 結晶器開澆渣對卷渣的影響

本鋼超低碳鋼開澆渣使用通用發熱型，其主要作用為放出熱量，防止結晶器液面結冷鋼并生成最初的液渣，防止坯殼懸掛，但其理化性能與本體超低碳鋼保護渣具有一定差異。根據開澆渣發熱特性，本體保護渣推入時機對開澆時液渣層的形成具有一定影響，推入本體保護渣過早，開澆渣未充分達到發熱成渣目的，易造成結晶器內冷鋼的出現，加劇了點液面操作，使卷渣幾率增大。推入本體保護渣過晚，會造成結晶器鋼水表面供熱不足，保護渣熔化不良，由于流動性不好，部分保護渣會被鋼水由內向外包裹在鑄坯皮下，也會造成夾渣缺陷。

2.4 浸入水口插入深度對卷渣的影響

浸入水口插入深度對卷渣有較大的影響，合適的浸入水口插入深度范圍控制能較好地穩定結晶器內鋼水流場，結晶器銅板表面溫度和熱流以及保護渣渣膜厚度及其均勻性。

浸入水口插入深度過深，卷渣幾率增加，這是由于鋼流帶到結晶器液面的熱量不足，鋼液面過于平靜且溫度低，不利于保護渣均勻熔化，而且對保護渣形成充分的液渣層厚度也有影響，引起燒結層和粉渣層的渣卷入鋼水中 ；浸入水口插入深度過淺，卷渣幾率也高，主要因為來自于吐出孔的鋼流對結晶器液面擾動較大，影響液渣的均勻生長和流入結晶器壁和初生坯殼間，增大水口處及彎月面處渣層的不穩定性，易發生剪切卷渣。

對于超低碳鋼澆次頭爐的浸入水口插入深度，根據數據統計，認為插入深度控制在恒定140 mm最有利于降低卷渣率，以減少浸入水口插入深度變化對結晶器流場的影響。而對于超低碳鋼澆次生產來說，110 ～ 160 mm的插入深度是合適的。浸入水口插入深度與板坯卷渣幾率的關系如圖4所示。

2.5 開澆氬氣量控制對卷渣的影響

合理的開澆氬氣控制可以減少鋼水對保護渣的捕捉。氬氣量過大，易造成液面翻動，不僅不利于開澆操作，同時也提升了卷渣的幾率；氬氣量過小，注入鋼水內部的氬氣泡不能及時上浮排出，易被凝固坯殼捕捉形成鑄坯內部氣泡夾雜缺陷。

通過大量的試驗數據統計，開澆氬氣量控制在3 ～ 5 L/min最有利于降低卷渣率。

2.6 澆次頭爐自動控制與低拉時間對卷渣的影響

開澆自動升速，不僅能最大限度的減少開澆時結晶器液面波動，同時采用液面自動控制也避免人工判斷帶來的誤差，這也就表明縮短手動控制時間，可以降低開澆過程卷渣幾率。

對比低拉速，高拉速有助于保護渣的充分熔化，提高液渣層厚度，卷渣幾率小，因此，在開澆起步拉速爬升階段，適當降低低拉速0.80 m/min的保持時間，以確保在高拉速下結晶器保護渣能夠充分熔化，形成足夠的液渣層厚度，減小卷渣發生幾率。

通過大量統計研究，本鋼鑄流起步拉速為0.40 m/min保持40 s后，通過遠程直接升速至0.80 m/min，并在起步60 s內自動液位探頭安裝好并投入自動液位控制。過程中，在0.80 m/min拉速下轉為自動控制。正常情況下0.80 m/min保持1 min后升速至0.90 m/min，進入穩態操作，有利于降低頭坯卷渣的發生。鑄流起步后低拉時間如圖5所示。

3 結 論

1） 減少頭坯保護渣卷渣幾率，要求開澆中包過熱度控制在25 ～ 35 ℃之間。從連鑄操作上講，保證中間包預熱溫度，減少開澆溫降是可行的。

2）選擇高堿度、中粘度的結晶器保護渣，適當提高粉渣層厚度，以達到提高液渣層厚度減少卷渣幾率。

3） 合理的推渣時機是減少卷渣幾率必要前提。

4）通過大量爐次數據統計，超低碳鋼澆次生產時110 ～ 160 mm之間的浸入水口插入深度是合適的，對于控制頭爐夾雜來說，穩定浸入水口插入深度140 mm，利于減小卷渣指數。

5）通過大量試驗爐次統計，開澆氬氣控制在3 ～ 5 L/min時，不僅能保證開澆的順行，同時對卷渣也有一定的減緩。

6）合理的低拉時間及快速的液位自動控制是減少卷渣發生必不可少的必要條件。

參考文獻

[1] 王暢，季晨曦，徐海衛，等.汽車板表面卷渣缺陷影響因素研究[A].中國鋼鐵年會論文集[C].2011.

[2] 肖英龍.連鑄保護渣堿度對超低碳鋼板坯表面質量的影響[J].世界金屬導報，2008.

第一作者：王全洲，男，43歲，工程師

收稿日期：2024-06-25