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连铸坯质量控制零缺陷战略冶金之家
连铸坯质量控制零缺陷战略
蔡开科1,孙彦辉1,韩传基2
(1.北京科技大学冶金与生态工程学院,北京 100083;2.中冶连铸北京冶金技术研究院,北京 100081)
摘 要:为满足用户对产品质量越来越严格要求,生产价格便宜高质量产品是人们追求目标。而轧制产品质量是与连铸坯缺陷紧密相联系的。本文系统地分析了在连铸过程中铸坯的表面缺陷、内部缺陷以及铸坯夹杂物产生的原因,提出了防止铸坯缺陷产生应采取的措施,进一步提高铸坯质量。
关 键 词:连铸坯;质量控制
为满足用户对产品质量越来越严格要求,生产价格便宜高质量产品是人们追求目标。而轧制产品质量是与连铸坯缺陷紧密相联系的。连铸坯缺陷的存在是决定于生产流程原料、工艺、设备、控制、管理、检验等。所谓产品缺陷原则上可分为:
1)可见的缺陷,在轧制板、管、带材上有可见或可探测到缺陷,如裂纹、夹杂、起皮等直接会影响成材率和成本;
2)检验标准所容许的残存缺陷,在制造过程中不可能完全消除,把残存在钢中的缺陷危害性减到最小;
3)隐藏的不可避免且不易检测的缺陷,如钢中夹杂物是不可能完全消除的,是影响产品质量的潜在危险。
对于第1)种缺陷应尽量避免,对第2)、3)种缺陷应力求保持在允许的检验标准以内。
钢铁生产流程中实行生产零缺陷产品,这是一个系统工程,它决定于钢的制造、初炼、精炼、钢的凝固铸造(连铸)和钢的热加工(轧制)。从炼钢生产流程来看,生产零缺陷连铸坯,不仅为轧钢提供轧制高品质的成品(板、棒、管……),而且实现炼钢生产流程连续化和热装、热送和直接轧制的前提条件。
本文简要评述连铸坯缺陷形成及其防止措施。
1 连铸坯质量概论
炼钢—精炼—连铸工艺流程生产的连铸坯(方坯、板坯、圆坯、异形坯等)作为半成品供给轧钢,轧制成不同规格板材和长材产品以满足国民经济各部门的需求。
只有提供高质量的连铸坯,才能轧制出高品质的产品。所谓高质量的连铸坯包含以下几个方面:
1)铸坯的洁净度:主要是钢中夹杂物类型、形貌、尺寸和分布。
2)铸坯表面缺陷:主要是指铸坯表面纵裂纹、横裂纹、网状裂纹、夹渣、气泡等。缺陷严重者会造成废品,甚至会遗传到轧制产品。
3)铸坯内部缺陷:主要是指铸坯内部裂纹,中心疏松、缩孔、偏析等。缺陷严重者会影响轧制产品的力学性能和使用性能。
如图1所示,从生产工艺流程来看,铸坯洁净度水平主要决定于钢水进入结晶器以前各工序。铸坯表面缺陷主要决定于钢水在结晶器凝固过程。铸坯内部缺陷主要决定于带液芯铸坯在二冷区扇形段的凝固过程。
2 连铸坯非金属夹杂物
2.1 连铸坯夹杂物与产品缺陷
高品质钢对连铸坯洁净度基本要求:
钢中夹杂物数量要少,钢中总氧要低,有的甚至要求10ppm;
钢中夹杂物尺寸要细小,尤其是大于50μm夹杂物要少;
夹杂物类型要求塑性夹杂;
在钢中夹杂物呈弥散分布而避免成链状串簇状分布。
连铸坯夹杂物对产品缺陷影响如表1。
2.2 连铸坯夹杂物来源
铸坯中夹杂物主要来源有:
1)内生夹杂物:主要是脱氧产物其特点是:
溶解[O]增加,脱氧产物增多;
夹杂物尺寸细小,一般是小于5μm
钢包精炼搅拌大部分夹杂物上浮到渣相(80%)
钢水温度降低有新的夹杂物析出(5μm)
连铸坯常见的内生夹杂物:
铝镇静钢(Al—K):Al2O3,CaO·Al2O3·SiO2
硅镇静钢(Si—K):MnO—SiO2,MnOSiO2—Al2O3
钙处理Al—K钢:铝酸钙(xCaO·yAl2O3)
钛处理Al—K钢:Al2O3,TiO2,TiN
镁处理Al—K钢:铝酸镁(MgO·Al2O3)
除氧化物夹杂外,还有CaS和MnS夹杂及以CaO·Al2O3为核心外围包有MnS(CaS)的双相复合夹杂物等。
2)外来夹杂物:钢水与环境(空气、包衬、炉渣、水口等)作用下的二次氧化产物,其特点:
夹杂物粒径大(50μm)甚至几百pm
组成复杂的氧化物系
来源广泛
在铸坯中成偶然性分布
对产品质量危害最大
连铸过程中防止钢水再污染和二次氧化,减少外来的大颗粒夹杂物是提高铸坯洁净度重要任务。
2.3 连铸坯夹杂物分布特征
从中间包流入结晶器钢水沿液相穴长度逐渐凝固成铸坯。连铸坯内夹杂物分布特点:
铸坯厚度1/4处有夹杂物集聚
如图2所示,在铸坯厚度1/4处夹杂物峰值最高,这是因为弧形连铸机内弧面有一捕捉面,捕获液相穴内上浮夹杂物。浸入式水口插入越深,捕捉面积越大。
铸坯厚度1/4处夹杂物集聚这是弧形连铸机的缺点,为此改进措施:
加大弧形半径R,减小捕捉面,但加大投资;
采用精炼减少钢水中的夹杂物;
采用带有2.5~3m直立段所谓立弯式铸机,避免夹杂物集聚。此类铸机有了很大的发展。
2)铸坯表层2~20mm夹杂物集聚
图3表示铸坯表层2mm和10mm夹杂物较高,这是与结晶器SEN的流场运动有关。
3)铸坯中偶然性分布夹杂物
图4为
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