作者：冷钢炼钢厂阳平凡
摘要：本文对冷钢炼钢厂生产的HPB235铸坯内部缺陷进行了分析，通过对生产关键环节的操作进行调整，降低了内部缺陷级别，提高了钢坯内部质量，满足了高线生产要求，减少了铸坯废品，提高了经济效益。
关键词：HPB235铸坯 内部缺陷 操作 调整
1 前 言 钢铁行业竞争日趋激烈，只有不断提升钢铁产品的质量、降低生产成本，才能在市场中占有一席之地。就炼钢流程而言，生产无缺陷铸坯或不影响终端产品性能可容忍缺陷的铸坯，就是其追求的目标。 冷钢炼钢厂现有方坯连铸机两台（五机五流和六机六流连铸机各一台），浇注断面为165mm×165mm，主要生产的钢种有：HRB335、HRB400、HPB235、HRB400(盘螺)、ML35、Q195B（ML）等。自进行165方改造以来，生产的HPB235钢坯在高线厂轧制过程中多次出现开裂、掉边等质量问题，给高线生产带来了较大的影响。经低倍检验，钢坯内部质量存在一定问题，尤其是缩孔、裂纹等内部缺陷较为严重。炼钢厂经过认真分析，对生产过程中关键环节的工艺操作进行了调整，钢坯内部质量有了明显提高，为高线生产提供了较好的母材。 2 HPB235的冶炼要求 化学成分 HPB235化学成分控制要求见表1。  2.2 工艺控制 2.2.1 各炉次之间含[C]差≤0.02% [Mn]/[Si] ≥3.0 [Mn]/[S] ≥15。 2.2.2 出钢采用全程吹氩，到氩站后，保证氩站吹氩时间不小于8分钟。 2.2.3 钢水氧含量：[O] ≤55ppm。当钢水含[O] ＞55ppm时，必须喂铝线脱氧，喂完线后必须吹氩3分钟以上。 2.2.4 为保证钢水可浇性，必须定氧并进行相应处理，减少钢水中夹杂物含量。 2.2.5 正常炉次的大包钢水温度：1580～1590℃；中间包典型温度：1530～1550℃；液相线温度：1515～1525℃。 2.2.6 连铸采用氩气密封型全保护浇注。 2.2.7 采用HPB235钢种专用结晶器保护渣；结晶器为抛物线型结晶器。 3 HPB235铸坯的主要内部缺陷 冶炼HPB235时，每个浇次随机割取2～3个钢坯样，进行酸浸低倍检验和金相分析（见图1）。从检验结果看，主要内部缺陷为中心疏松、缩孔、中心裂纹、中间裂纹等且情况较为严重，等级为2.0～3.0级，有的甚至达到4.0级，非金属夹杂物等级为1.0～2.0级。  由于上述缺陷等级较高，造成轧制时出现铸坯开裂，轧不合，轧钢切头多，重者判废等情况，严重影响经济效益，成为生产中亟待解决的问题。 4 内部缺陷及其形成原因 4.1 中心疏松、缩孔 4.1.1 从铸坯凝固观点看，铸坯中心疏松缩孔形成可以用“小钢锭”理论来解释。在连铸二冷区，由于冷却条件的差异，凝固前沿柱状晶生长呈现不规则变化，某些部位优先发展的柱状晶产生“搭桥”现象，正在凝固中的铸坯像一个“小钢锭”一样凝固，且呈周期性出现。实际测定表明，相邻两桥的间隔为30～300mm不等。由于桥下面钢水凝固得不到充分补缩，就在中心形成疏松缩孔并伴随有中心偏析，其严重程度取决于柱状晶和等轴晶的比例。这种缺陷在轧制过程中会导致不均匀的转变产物产生脆断，这对于轧制棒线产品是一个必须解决的问题。 4.1.2 从铸坯冷却收缩观点看，中心疏松缩孔形成与铸坯凝固前沿液体凝固收缩和凝固坯壳膨胀有关。铸坯液相底部中心和表面的冷却速度相差较大，从而引起铸坯中心和表面的收缩速度不同，使铸坯中心区面积发生变化。 4.1.3 中心疏松缩孔在轧制后不能焊合，影响轧材的生产效率。 4.2 中心裂纹 连铸坯中心裂纹的形成是一个非常复杂的冶金物理过程，是传热、传质和应力相互作用的结果，常常伴随疏松、缩孔和偏析产生。从宏观上说，坯壳受外力作用是产生裂纹的条件。从微观上说，铸坯发达的柱状晶结构、铸坯冷却相变、奥氏体晶界第二相质点析出等降低了钢的高温塑性，在外力作用下（包括钢水静压力、弯曲应力、矫直应力、热应力、导辊不对中产生的附加应力等），铸坯液相穴凝固前沿承受的应力和应变超过其临界值时，就会在固液界面产生裂纹。裂纹内部主要是硫化物夹杂（FeS、MnS）。分析其产生的原因有以下几个方面。 4.2.1 钢水过热度太高，柱状晶发达“搭桥”。从记录数据来看，出现中心裂纹的炉次，钢水过热度普遍较高，有的达到35～40℃； 4.2.2 铸坯鼓肚，尤其是凝固末端区域的铸坯鼓肚会导致铸坯应变增大； 4.2.3 拉速太快，冷却强度太弱，铸坯温度太高。数据显示，在冶炼HPB235时，连铸拉速超过2.7m/min及以上时，出现中心裂纹的机率要明显增加。 4.3 中间裂纹 中间裂纹位于铸坯表面和中心之间的任一位置，垂直于铸坯表面，裂纹长短不一，沿柱状晶界扩展。形成主要原因分析如下。 过热度的影响 钢水过热度即为液相线以上的温度，在连铸生产中体现为中间包温度。为满足浇注钢水具有良好的流动性，控制钢水过热度在15～25℃之间，由于生产不稳定及执行工艺制度不严格，部分浇注炉次过热度超过40℃，随着钢水过热度的升高，铸坯收缩量大，热应力升高，中间裂纹级别呈明显升高趋势。 拉速的影响 由于生产方面的问题，导致连铸钢水供应不稳定，致使拉速不稳定，造成二冷段水量急剧变化，严重影响铸坯冷却效果，造成铸坯内部热应力不均匀，易产生中间裂纹。 喷淋管不对中的影响 喷淋管与铸坯不对中，会造成二冷水喷向铸坯一侧，造成铸坯冷却不均匀，使铸坯产生的热应力也不匀匀，加之二冷水质处理不好，水中氧气铁皮等夹杂物多，造成喷嘴堵塞，加剧了冷却不均匀，特别是二段、三段喷嘴堵塞，冷却水量不均且减少，加剧了在二、三段冷却时回温过快（超过100℃/m），产生更大的热应力，导致中间裂纹产生。 4.3.4 钢水氧含量的影响 钢水氧含量升高，钢中氧化物夹杂升高，在凝固过程中形成共晶体存在于晶界中，铸坯在冷却及矫直时易开裂，同时氧化物夹杂破坏了钢的连续性。 4.3.5 二冷比水量的影响 为了提高产量，采用高拉速强冷却的方式，比水量大，热应力也大，铸坯也易产生中间裂纹。 4.4 非金属夹杂物 连铸坯中夹杂物按来源分为内生夹杂物和外来夹杂物。 4.4.1 内生夹杂物主要是脱氧产物，其特点是： （1）溶解氧含量[O]溶增加，脱氧产物增加；生成夹杂物数量取决于钢中溶解氧含量[O]溶、化学反应能力和夹杂物上浮。 （2）夹杂物尺寸决定于脱氧产物的形核长大，炼钢条件下，脱氧产物尺寸为1～5 μm ,碰撞长大后尺寸可达5～30μm 。 （3）在钢包吹氩搅拌后，大部分夹杂物能上浮。试验指出，85%的脱氧产物上浮到渣相。 （4）钢成分和温度变化时有新的夹杂物沉淀（小于5μm）。 4.4.2 外来夹杂物主要包括钢水与环境（空气、包衬、炉渣、水口等）的二次氧化产物、下渣和卷渣形成的夹杂。其特点是： （1）夹杂物粒径大，大于50μm甚至达到几百微米。 （2）组成复杂，多为复合夹杂物，如耐火材料、炉渣组成。 （3）来源广泛，包括二次氧化产物、卷渣、耐火材料侵蚀等。 （4）偶然性分布。 5 针对内部缺陷采取的改进措施 为了尽快解决钢坯内部缺陷问题，炼钢厂对各生产环节进行了认真分析，从转炉、连铸两方面入手，对生产HPB235的操作工艺进行了调整。 5.1 转炉冶炼操作调整 根据HPB235钢种的特性，对转炉冶炼操作进行了调整。 5.1.1 对S高的铁水在脱硫站进行铁水预处理，铁水S控制在0.035%以下。 5.1.2 冶炼过程中严禁加入降温剂，只能通过调整废钢加入量来控制倒炉温度。 5.1.3 脱氧剂改用BaCaSi、铝铁脱氧，控制钢水中夹杂物的形态和大小。 5.1.4 出完钢后，若[O]＞70ppm时，必须进行二次定氧，确保钢中氧含量合乎要求。 5.2 连铸操作调整 由于HPB235属于裂纹比较敏感钢种，连铸操作也进行了相应的调整。 5.2.1 控制中间包过热度，由原来的30～40℃之间降为20～30℃，铸坯在冷却时收缩量变小，产生的热应力也减小，铸坯产生裂纹的倾向也减小。 5.2.2 加强生产组织与控制，保证连铸机钢水稳定供应，拉速控制在2.5m/min以内。 5.2.3 二冷比水量由原来的1.6L/Kg调整为1.4L/Kg（拉速为2.5m/min时）。 5.2.4 调整二冷水比例：二冷三段水量比原来减10%，二冷二段减5%至二冷一段，二冷水配比更趋合理，使铸坯表面温度尽量处于高温塑性区。 5.2.5 加强对连铸机的对中精度和维护。凡是连铸机有时间停机，对结晶器、二冷喷淋管及喷嘴、拉矫机等关键设备进行全面仔细检查，确保设备的正常运转。 5.2.6 加强台下火焰、精整工对钢坯质量的监督，发现问题及时反馈处理，防止不合格坯出厂。 6 生产效果 通过上述一系列措施的实施，钢坯内部质量有了明显的改善，缩孔、裂纹等级降为1.0～2.0级，非金属夹杂物基本消除，基本能满足高线生产的要求。 7 结语 在炼钢生产中，采用工艺优化和对设备精确调整等措施，对提高钢坯内部质量起到了一定作用，但还不能彻底解决铸坯内部缺陷问题。目前应用电磁搅拌和轻压下技术是解决铸坯内部缺陷、获得高品质铸坯的有效技术，这已成为冶金行业的共识，并得到广泛应用，因此，企业应进一步采取有效措施，为提高钢坯质量创造有利条件。 参考文献 1 蔡开科.连铸坯质量控制.冶金工业出版社. |
