連鑄普碳鋼q235b縱裂控制及解決q195拉絲用方坯鋼氣泡缺陷的工藝措施

PAGEPAGE1連鑄普碳鋼Q235B縱裂控制摘要：針對攀鋼板坯連鑄普碳鋼Q235B縱裂問題，本文從鋼水成分，保護渣性能，連鑄工藝方面分析了縱裂產(chǎn)生的原因并提出了相應的解決措施。關鍵詞：連鑄縱裂鋼水成分結(jié)晶器保護渣ResearchonproblemoflongitudinalcracksonplainCarbonsteelgradeQ235BbycontinuouscastingZHOUHai—long(VanadiumRecoveryAndSteelmakingplantofPZHSteel,Panzhihua617062,Sichuan,China)Abstract:ReferringtotheproblemoflongitudinalcracksonplaincarbonsteelgradeQ235BproducedbyPanGangslabcaster,Thisarticlewilldescribereasonsforlongitudinalcracksandprovidecorrespondingsolutionsbasedonanalysisaboutliquidsteelchemicalconstitutionandcontinuouscastingprocess.Keywords:continuouscasting,longitudinalcracks,liquidsteelchemicalconstitution,exploitationandapplicationofmouldpowder1前言普碳鋼是攀鋼板坯連鑄主要產(chǎn)品之一，其代表鋼種為Q235B，攀鋼板坯連鑄自投產(chǎn)以來，普碳鋼表面質(zhì)量良好，但自去年開始生產(chǎn)該鋼種時，縱裂問題比較突出，按照管理規(guī)定，凡是縱裂超標者務必下線人工清理后方可輸送到下一道工序，這不僅增加了工人的勞動強度和生產(chǎn)成本，而且也不利于產(chǎn)品表面質(zhì)量的提高。本文分析了產(chǎn)生縱裂的原因并提出了相應的解決措施；通過半年時間對生產(chǎn)的詳細跟蹤，普碳鋼縱裂問題得到了有效控制。普碳鋼Q235B縱裂特征及原因分析普碳鋼Q235B縱裂的宏觀特征見圖1，澆注方向澆注方向圖1Q235B縱裂的宏觀特征普碳鋼縱裂一般沿鑄坯的澆鑄方向的中部產(chǎn)生，長度從20~300mm不等，嚴重時可貫穿整塊坯子，寬度為2~7mm，深度為2~5mm。2003年3月份生產(chǎn)普碳鋼Q235B時縱裂情況見表1所示，縱裂率（爐）達6.51%。表12005年1~9月份生產(chǎn)普碳鋼Q235B縱裂情況生產(chǎn)爐數(shù)/爐產(chǎn)生縱裂爐數(shù)/爐爐縱裂率/％生產(chǎn)塊數(shù)/塊產(chǎn)生縱裂塊數(shù)/塊塊縱裂率/％445296.51%32341043.21造成普碳鋼Q235B縱裂原因較復雜，但大致可從鋼水成分和工藝因素兩方面加以分析。2.1鋼水成分對Q235B表面縱裂影響通常，凡是能改善鋼的高溫力學性能的元素都能阻止鑄坯表面產(chǎn)生縱裂，而惡化鋼的高溫力學性能的元素將促使鑄坯表面縱裂增加，影響Q235B表面縱裂的鋼水成分主要是指[C]、[Mn/S]，Q235B化學成分見表2。表2Q235B化學成分CSiMnSPCuNi0.12~200.12~300.3~0.7≤0.045≤0.045≤0.3≤0.32.1.1碳含量的影響圖2碳含量與縱裂的關系圖2為Q235B表面縱裂與鋼中[C]關系，從圖2可以看出，圖2碳含量與縱裂的關系[C]=0.12%~0.14%時縱裂發(fā)生率最高，這是因為[C]=0.12%~0.14%的鋼在凝固過程中發(fā)生包晶轉(zhuǎn)變（L+δ→γ）產(chǎn)生體積收縮，從而產(chǎn)生應力集中。具有包晶點成分的鋼（[C]=0.18%）體積收縮量最大，而實際澆鑄的Q235B含[Mn]有擴大γ區(qū)因素的影響，所以實際包晶成份點會向Fe—C相圖左下方轉(zhuǎn)移，因此造成[C]=0.13%左右的鋼收縮量最大，當收縮量大時沿縱向產(chǎn)生的應力集中也大，從而增加了縱裂傾向。2.1.2Mn/S的影響鋼中[S]對表面縱裂影響是因為[S]在晶界偏析及在奧氏體晶界析出造成的晶界脆化所致，從文獻[1]的Fe—S相圖可知，[S]只溶于鋼液，而在固態(tài)鐵中的溶解度及小，它和鐵形成熔點為1190℃的FeS，F(xiàn)eS又與γ鐵形成熔點更低的共晶體（989℃），當結(jié)晶完成時，鋼中的[S]幾乎全部集中到枝晶之間的剩余鋼液中，并最后形成Fe+FeS共晶，從而增加縱裂傾向，但是S的偏析受到Mn的抑制，因為Mn與S的親和力大于Fe與S的親和力從而優(yōu)先形成高熔點（1600℃）的MnS，S與Mn結(jié)合生成MnS降低了低熔點的FeS在晶界析出，所以合適的Mn/S比可減少縱裂的發(fā)生，研究認為[2]Mn/S﹥40時S對縱裂影響最小。從發(fā)生縱裂爐次的Mn/S比情況看，Mn/S<40的比例為77.2%。2.2工藝因素對Q235B縱裂的影響研究表明[3]，縱裂是在鑄坯彎月面產(chǎn)生，在二冷區(qū)得到擴展。因此凡能影響坯殼生長的所有工藝因素均能對Q235B縱裂造成不同程度影響。2.2.1保護渣的影響保護渣在結(jié)晶器與坯殼之間形成的渣膜可對坯殼起到均冷、緩冷作用，合適的保護渣理化指標對減少縱裂有十分重要影響，保護渣的粘度及熔速對縱裂影響見圖3[4]，從圖3可知，隨著保護渣的粘度與熔速比增大，鑄坯縱裂傾向越來越小。1300℃1400℃1250℃1300℃1400℃1250℃(η∕τf)/Pa縱裂紋指數(shù)圖3圖3保護渣粘度對縱裂紋影響η—保護渣粘度，Pa·S;τf—渣系熔化時間,S; 攀鋼目前澆鑄Q235B使用的保護渣的理化指標見表3。生產(chǎn)實踐表明：A渣縱裂比例最高， C渣縱裂次之，B渣縱裂最少。這是因為B渣的粘度與熔速比最大；此外具有較高的堿度（R﹥1.1）的保護渣其結(jié)晶相比例高，在使用高堿度保護渣時，結(jié)晶器與鑄坯之間具有較高比例的固相，因而有利于降低結(jié)晶器的熱流，從而達到均冷、緩冷目的，減少縱裂的發(fā)生。表3澆注Q235B結(jié)晶器保護渣主要理化指標廠家堿度粘度(Pa·s)熔速(s)（1250℃）熔點(℃)(粘度/熔速)(Pa)A1.040.225211250.00423B1.280.642.410400.01415C1.170.172710750.0062962.2.2結(jié)晶器液面波動的影響結(jié)晶器液面波動對縱裂的影響見圖3[4]，從圖3可以看出，結(jié)晶器液面波動在±5mm以內(nèi)時縱裂影響指數(shù)最小。為了保持結(jié)晶器液位穩(wěn)定，攀鋼1#板坯連鑄機于2001年新增了液位自動控制功能，但其投運效果不理想，2005年1~10月投運率僅為78.3%，而人工控制液位則因操作工技能參差不齊，難以長時間保證液位精度在控制范圍內(nèi)，因此勢必增加縱裂傾向?？v裂紋指數(shù)結(jié)晶器中液面波動Δ縱裂紋指數(shù)結(jié)晶器中液面波動ΔL/mm圖4結(jié)晶器液面波動對縱裂紋的影響圖4結(jié)晶器液面波動對縱裂紋的影響2.2.3包次頭尾爐對縱裂的影響攀鋼1#板坯連鑄機單中包連澆爐數(shù)一般為7~9爐，統(tǒng)計發(fā)生的29爐Q235B縱裂，發(fā)現(xiàn)包次頭尾爐占了32.2%，包次頭尾爐縱裂發(fā)生率高的原因是頭尾爐次與正常中間連澆爐次工藝條件不同，鑄機拉速變化大從而導致二冷水流量波動較大所致。特別是快速升降速度時，對其影響更加顯著。2.2.4過熱度過高的鋼水過熱度使坯殼變薄，從而增大縱裂發(fā)生幾率，澆注Q235B的大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，當過熱度大于25℃時，縱裂發(fā)生率顯著增加，當過熱度小于25℃時，縱裂發(fā)生率與過熱度無明顯關系。普碳鋼縱裂的控制措施通過以上對Q235B縱裂原因的分析，采取了以下四項措施來控制普碳鋼縱裂。（1）從Q235B的成分上加以調(diào)控，出鋼[C]盡量避開最大包晶點即0.12%~0.14%區(qū)間；嚴格控制出鋼[S]，[Mn]按中上限控制，這樣就提高了Mn/S比。（2）通過結(jié)晶器保護渣對比試驗，找到了適合澆注Q235B的保護渣；即采用具有較高堿度和較高的粘度與熔速比的B廠保護渣適合澆注Q235B，同時對保護渣質(zhì)量進行定期抽查以確保其質(zhì)量穩(wěn)定。（3）加強了對結(jié)晶器液位控制系統(tǒng)的維護,提高了其投運率，從而減少了因結(jié)晶器液面波動而增加鑄坯縱裂傾向；規(guī)范對包次頭尾爐升降速操作。（4）嚴格控制Q235B澆注溫度在1530~1545℃范圍。結(jié)語影響Q235B表面縱裂的主要原因是鋼水[C]含量在0.12%~0.14%范圍，Mn/S比不高，結(jié)晶器保護渣性能不合適，鋼水過熱度高。通過對這些因素的控制，經(jīng)過近半年的生產(chǎn)實踐，Q235B縱裂得到了有效控制，統(tǒng)計2005年10月~2006年4月974爐7402塊鑄坯，縱裂爐數(shù)發(fā)生率僅為2.13%，縱裂塊數(shù)發(fā)生率僅為0.97%，比2003年3月分別降低了4.38個百分點和2.24個百分點。參考文獻：[1]胡庚祥主編.金屬學.上?？茖W技術出版社，1980.211~212[2]冶金報社編.連續(xù)鑄鋼500問.北京:冶金工業(yè)出版社，1994.158~161[3]黃道鑫主編.提釩煉鋼.北京:冶金工業(yè)出版社，2000.307~308[4]陳家祥主編.連續(xù)鑄鋼手冊.北京:冶金工業(yè)出版社，1991.889~893解決Q195拉絲用方坯鋼氣泡缺陷的工藝措施【摘要】柳鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼廠初次采用頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐-LF精煉爐-7機7流方坯流程生產(chǎn)拉絲用Q195鋼，連鑄坯存在氣泡缺陷。通過分析氣泡產(chǎn)生的原因，提出了有效的工藝措施，消除了氣泡缺陷及連鑄水口結(jié)瘤。關鍵詞連鑄Q195拉絲用鋼氣泡水口結(jié)瘤工藝措施前言Q195拉絲用鋼是低碳低硅鋼，連鑄成小方坯后，軋制成線材盤條，供用戶拉成絲制作鐵釘。用戶要求鋼材要有良好的拉拔成材性能（見表1）。表1力學性能要求牌號抗拉強度Rm，N/mm2斷后伸長率A11.3,%冷彎試驗180°，d=彎心直徑Q195≤410≥30d=0表2熔煉成分要求熔煉成分(%)牌號CSiMnPSAsQ195GB/T701－2008≤0.12≤0.300.25~0.55≤0.035≤0.040≤0.080內(nèi)控Q195－1GS≤0.07≤0.10≤0.35≤0.030≤0.030≤0.080目標≤0.06≤0.06≤0.28≤0.030≤0.030≤0.080注：Cr、Ni、Cu等殘余元素各不大于0.30%，Mn的含量是用戶要求≤0.35%，無下限要求。成分設計碳、硅、錳含量較低（見表2）。雖然對鋁成分沒有要求，但因鋼種硅成分較低，因而只能用鋁進行脫氧。根據(jù)以往的經(jīng)驗，鋁鎮(zhèn)靜鋼容易出現(xiàn)連鑄水口結(jié)瘤，尤其是轉(zhuǎn)爐連鑄系統(tǒng)為定徑小水口（柳鋼4號方坯定徑水口直徑=16mm），且保護澆鑄條件不佳，尤其容易出現(xiàn)堵水口現(xiàn)象，一般很少澆鑄鋁鎮(zhèn)靜鋼；但若鋁加入量不足，又容易因脫氧不良而造成氣泡缺陷。脫氧程度在生產(chǎn)實際中較難把握，控制不當有可能出現(xiàn)連鑄水口堵塞或者鑄坯因脫氧不良而產(chǎn)生氣泡。實踐證明：柳鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼廠初次采用120噸頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)爐-LF精煉爐-165mm×165mm7機7流方坯流程試驗生產(chǎn)該鋼種，鑄坯存在嚴重氣泡缺陷的問題（見圖1為了解決上述工藝矛盾，探索行之有效，又容易掌握，可操作性強的工藝措施顯得非常重要。存在問題及分析資料表明，鑄坯出現(xiàn)氣泡的可能性有3種：一是鋼中含外來氣體超標，二是一是鋼中含水蒸氣超標，三是鋼水脫氧不良[1]。鋼中氣體含量主要受原材料影響，生產(chǎn)該鋼種與其它鋼種的原材料條件并無明顯差異，可排除第一種因素。水蒸氣超標主要來自于原材料潮濕、設備漏水等因素，通過認真排查，沒有發(fā)現(xiàn)原材料潮濕和設備漏水，因而也可排除第二種導致氣泡的可能性。產(chǎn)生Q195拉絲鋼的各種條件如原材料、轉(zhuǎn)爐、精煉爐、連鑄機設備狀況等與生產(chǎn)普通鋼種都無明顯差異，普通鋼種都沒有出現(xiàn)氣泡缺陷，唯獨Q195拉絲鋼出現(xiàn)嚴重氣泡，說明導致該鋼種出現(xiàn)氣泡缺陷的原因只有脫氧不良這一種可能。根據(jù)資料，鋼水自由氧含量≥60×10-6，澆鑄成鑄坯后會形成皮下氣泡[2]。另據(jù)資料，鋼中酸溶鋁≥60×10-6時，小方坯澆鑄時會有Al2O3夾雜析出導致水口堵塞[3]。但對鋼液經(jīng)行鈣化處理可以減少鋁鎮(zhèn)靜鋼水口結(jié)瘤現(xiàn)象[4]。為了找到脫氧深度控制的依據(jù)，筆者進行了脫氧理論計算：圖1鑄坯氣泡缺陷低倍照片由于Q195拉絲鋼成分的特點是硅低、錳低，鋼液氧含量主要由鋁控制，根據(jù)鋁脫氧反應：可計算出不同溫度下與目標[O]=40×10-6平衡的鋁含量（見表3）。表3不同溫度條件下與40×10-6[O]平衡的鋁含量溫度/℃15501560157015801590160016101620163016401650鋁/%0.00190.00230.00290.00360.00440.00540.00660.00810.00990.01210.0147圖2為鋁氧平衡圖。圖2：不同溫度下Al-O平衡圖由圖2可知，鋁-氧平衡受溫度的影響極大。精煉過程溫度高達1650℃，通過以上計算可知，精煉過程鋼中的鋁要控制在147×10-6左右，才能使鋼水氧含量控制在40×10-6左右，并且保證在精煉——連鑄過程中鋼液不析出氧，即鑄坯不產(chǎn)生氣泡初次生產(chǎn)Q195拉絲鋼時，也考慮到合理控制脫氧深度的必要性，即控制40×10-6左右的鋼水自由氧含量及60×10-6以下的Al含量，才能保證既沒有鑄坯氣泡缺陷，又沒有連鑄堵水口的現(xiàn)象。實際生產(chǎn)中鋼水氧含量也是按目標范圍控制的，但為什么還出現(xiàn)嚴重的氣泡缺陷？分析原因是鋼水精煉過程中底吹氬攪拌強度不足，鋼水成份、氧含量不均，定氧結(jié)果沒有代表性，誤導精煉過程控制所致，實際鋼水氧含量遠比測定值高。另純鋁鎮(zhèn)靜鋼隨精煉溫度的升高，吸氧動力大[3]，精煉加熱到最高溫度后，鋼液出現(xiàn)較大幅度回氧，若鋼中沒有足夠的剩余鋁，自由氧必然升高。綜合上述考慮，提出了整改工藝措施。整改工藝措施（1）提高轉(zhuǎn)爐終點命中率，減少后吹，出鋼前延長后攪時間，提高后攪強度，降低出鋼時鋼液含氧量，減少脫氧產(chǎn)物生成量。（2）脫氧合金化采用鋁-硅復合脫氧，減少高熔點夾雜物生成的數(shù)量。（3）精煉過程中加強氬氣攪拌，延長精煉強攪時間，促進成分、溫度的均勻化。（4）精煉過程酸溶鋁控制在150~200×10-6之間，確保在最高精煉溫度下（1650℃）鋼液脫氧良好，避免在后續(xù)工序過程中析出過剩氧。同時在在后續(xù)的精煉、鎮(zhèn)靜、澆鑄過程中，鋼中的鋁含量由于二次氧化燒損，最終也會落在60×10-6左右，有利于連鑄的順利進行（見表4）（5