中薄板坯連鑄機生產SPHC鋼的保護渣優(yōu)化

于繼洋  吳振剛  王占國  李哲  張濤

（河北鋼鐵集團唐鋼公司，河北唐山 063016）

摘  要：通過對SPHC鋼熱軋卷夾渣缺陷顯微分析，認為與卷渣有關。針對保護渣理化指標對鑄坯質量影響機理，從保護渣粘度和渣層厚度方面對保護渣進行優(yōu)化。優(yōu)化后的保護渣，減少了連鑄保護渣卷入幾率，進而降低了熱軋板卷表面夾渣缺陷。

關鍵詞：中薄板坯；SPHC鋼；夾渣缺陷；保護渣

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鋼熱軋鋼板產品具有強度高，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)得到廣泛應用。

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

2 夾渣情況說明

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

2.1 夾渣缺陷宏觀形貌及分類

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

圖1  Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類夾渣缺陷形態(tài)

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

Ⅱ類缺陷：有一定長度，多為4cm~20cm左右，呈“翹皮狀”分布，有時為“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90%，該類缺陷發(fā)生幾率大，占總夾渣數(shù)約80%。夾渣形貌見圖1中。

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

2.2 夾渣缺陷顯微分析

對以上3類大小不同的夾渣缺陷進行顯微分析，觀察缺陷部位的微觀形貌，對缺陷部位進行微區(qū)成分分析。分析結果如下：

Ⅰ類夾渣缺陷，外觀一般為黑線狀，存在于板卷表層，其電鏡形貌可見細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。對黑線狀缺陷的成分進行分析，結果顯示主要為Ca-Si-Al-Mg-O復合氧化物，如圖2b所示。

Ⅱ類缺陷，外觀多為 “翹皮狀”分布，有時為“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族群狀夾雜物不規(guī)則分布于鋼板表面，此類缺陷的宏觀形貌和顯微形貌如圖3a所示。對簇群狀夾雜物的進行能譜能分析，主要為Al-O，Ca-Al-O，Ca-Al-Mg-O，Al-Mg-O復合氧化物，結果如圖3b所示。

圖3b Ⅱ類夾渣缺陷微區(qū)成分能譜圖

Ⅲ類缺陷，一般為大型夾雜物，沿軋制方向鋪展延伸，并且外觀可見一定深度鑲嵌于鋼板基體上，顯微圖像也可見較大的群落狀夾雜物互相連接在一起，此類缺陷的宏觀形貌和顯微形貌如圖4a所示。對此類夾雜進行能譜分析，同Ⅱ類缺陷類似，主要成分為Al-O，Ca-Al-O，Ca-Al-Mg-O，Al-Mg-O等復合氧化物，含極少量Si元素，電鏡分析見圖4b。

綜上，對于熱軋卷表面的夾渣缺陷，經過能譜分析得到結論為非金屬夾雜物。對于含有Na、K元素，且Si含量較高等非金屬夾雜物，認為與保護渣夾渣有關，而保護渣引起的夾渣，與保護渣性能密不可分。

3 保護渣性能與應用

3.1 保護渣的基本理化指標

保護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

在澆注過程中，適宜的保護渣粘度可以使保護渣在結晶器和坯殼之間形成一層厚度均勻的渣膜，這層渣膜對改善板坯與結晶器之間的潤滑和穩(wěn)定傳熱具有重要作用。保護渣的粘度太低會對水口造成侵蝕，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  

相關的研究成果表明^[2]，保護渣的堿度反應保護渣吸收鋼水中夾雜物的能力，保護渣堿度大，吸收鋼水上浮夾雜物的能力就越強，但是堿度過大則引起析晶溫度變高，不利于保護渣傳熱和潤滑。也有相關文獻認為保護渣的堿度并不是保護渣性能中的關鍵參數(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  

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

（4）熔化速度和消耗量

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

3.2 保護渣性能及使用情況

（1）保護渣理化指標

為進一步提高唐鋼熱軋部1700線中薄板坯連鑄機生產SPHC板坯質量，特此對生產實際常用的保護渣（稱其為1#渣）進行調查分析。經過檢測分析，所研究的1#渣化學成分如表1所示，相關理化指標如表2所示。

表1  1#渣相關理化指標（%）

（2）現(xiàn)場使用情況

由于本次研究對象為適用于SPHC鋼中薄板坯用保護渣，因此對于1#渣，現(xiàn)場應用過程中涉及的澆注基本信息如表2所示。

表2 唐鋼SPHC鋼化學成分及澆注基本信息

基于以上工藝條件，在其余工序生產都正常情況下，觀察1#保護渣使用一段時間內的情況，主要考察熔渣層厚度、結晶器熱相圖情況。

連鑄開澆后，當澆注過程穩(wěn)定后，通過現(xiàn)場人工測量方式，測量保護渣渣層厚度。對于1#渣在結晶器內的渣層厚度，選取兩個有代表性的測量結果進行展示，如圖5所示，渣層厚為5~7mm。

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

4 保護渣優(yōu)化

通過對現(xiàn)場保護渣理化指標，及使用情況分析，認為保護渣渣層厚度偏薄，當液面產生波動有向上運動的鋼液時，就會將較薄的保護渣液渣層穿透，這時鋼液接觸到燒結層，如果液面波動加劇，鋼液將進一步接觸到粉渣層，這時便發(fā)生卷渣情況。

4.1 保護渣優(yōu)化的性能指標

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

經過對唐鋼1700線中薄板坯連鑄機澆注SPHC鋼的相關工藝參數(shù)進行綜合研究，經過多次現(xiàn)場試驗，得出對1#保護渣優(yōu)化后的物化指標，稱為2#保護渣。相關理化指標如分別如表3所示，表3中給出了相比1#保護渣，對應項的增加和減少。

表3  2#渣相關理化指標

4.2 保護渣優(yōu)化的效果

使用2#保護渣時，在保證與1#保護渣各項工藝相一致情況下，測量2#保護渣液渣層厚度、跟蹤熱相圖情況、并對比優(yōu)化前后鑄坯夾渣情況。

按照測量1#保護渣渣層厚度一樣的方法，測量2#保護渣渣層厚度，選取兩個有代表性的測量結果進行展示，如圖7所示，渣層厚為9~10mm。

2#保護渣渣層厚度合適，能夠在結晶器和坯殼之間形成良好的液渣層，有助于坯殼和結晶器的潤滑和傳熱。現(xiàn)場澆注過程中，換包后先加入的2#保護渣，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#保護渣，加入2#保護渣后熱流曲線明顯下行，寬面熱流值持續(xù)降低。為了驗證這一結論，重復上述過程，加入2#保護渣，稍后再加入1#保護渣，觀察熱流情況。驗證過程的熱流曲線如圖8所示。

圖8 使用1#、2#保護渣的結晶器熱流曲線變化

跟蹤對1#保護渣優(yōu)化之后的板卷夾渣情況，統(tǒng)計方式為通過表面檢測系統(tǒng)，查看分別使用1#和2#保護渣的爐次所有板卷，通過夾渣卷數(shù)量占總卷數(shù)比重情況，表示板卷夾渣率。統(tǒng)計結果如下圖所示。

通過對板卷夾渣情況統(tǒng)計，從統(tǒng)計結果上可以看出，經過優(yōu)化后的2#保護渣，由于粘度增加，提高了液渣層的表面張力；同時由于液渣層厚度的增加，避免了鋼液波動穿透液渣層，從而減少了卷渣幾率。故夾渣率明顯比1#保護渣夾渣率低。

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

5 結論

SPHC鋼夾渣缺陷宏觀上根據(jù)缺陷大小可分為三類，通過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顆粒狀夾渣、簇群狀夾渣、群落狀夾渣。

通過對SPHC鋼夾渣缺陷進行能譜分析，主要成分為Al-O，Ca-Al-O，Ca-Al-Mg-O，Al-Mg-O等復合氧化物，對于含有Na、K元素，且Si含量較高等非金屬夾雜物，與保護渣夾渣有關。

保護渣粘度、渣層厚度、熔化溫度對結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

[1] Kdnnth CMills.保護渣性能及其對表面質量的影響[J]. 鋼鐵譯文集，1993.2

[2] 王新志, 王吉坤, 宋素格.等.保護渣對板坯表面質量的影響[J]. 冶金叢刊,2008,4(2).

[3] 汪洪峰,簡明. 板坯連鑄保護渣的選擇與使用[Jl. 梅山科技,2004(1):7-9.

[4] 艾國強.連鑄保護渣對鑄坯表面質量的影響[J]. 酒鋼科技,2002(2):10-13.