连铸普碳钢q235b纵裂控制及解决q195拉丝用方坯钢气泡缺陷的工艺措施

PAGEPAGE1连铸普碳钢Q235B纵裂控制摘要：针对攀钢板坯连铸普碳钢Q235B纵裂问题，本文从钢水成分，保护渣性能，连铸工艺方面分析了纵裂产生的原因并提出了相应的解决措施。关键词：连铸纵裂钢水成分结晶器保护渣ResearchonproblemoflongitudinalcracksonplainCarbonsteelgradeQ235BbycontinuouscastingZHOUHai—long(VanadiumRecoveryAndSteelmakingplantofPZHSteel,Panzhihua617062,Sichuan,China)Abstract:ReferringtotheproblemoflongitudinalcracksonplaincarbonsteelgradeQ235BproducedbyPanGangslabcaster,Thisarticlewilldescribereasonsforlongitudinalcracksandprovidecorrespondingsolutionsbasedonanalysisaboutliquidsteelchemicalconstitutionandcontinuouscastingprocess.Keywords:continuouscasting,longitudinalcracks,liquidsteelchemicalconstitution,exploitationandapplicationofmouldpowder1前言普碳钢是攀钢板坯连铸主要产品之一，其代表钢种为Q235B，攀钢板坯连铸自投产以来，普碳钢表面质量良好，但自去年开始生产该钢种时，纵裂问题比较突出，按照管理规定，凡是纵裂超标者务必下线人工清理后方可输送到下一道工序，这不仅增加了工人的劳动强度和生产成本，而且也不利于产品表面质量的提高。本文分析了产生纵裂的原因并提出了相应的解决措施；通过半年时间对生产的详细跟踪，普碳钢纵裂问题得到了有效控制。普碳钢Q235B纵裂特征及原因分析普碳钢Q235B纵裂的宏观特征见图1，浇注方向浇注方向图1Q235B纵裂的宏观特征普碳钢纵裂一般沿铸坯的浇铸方向的中部产生，长度从20~300mm不等，严重时可贯穿整块坯子，宽度为2~7mm，深度为2~5mm。2003年3月份生产普碳钢Q235B时纵裂情况见表1所示，纵裂率（炉）达6.51%。表12005年1~9月份生产普碳钢Q235B纵裂情况生产炉数/炉产生纵裂炉数/炉炉纵裂率/％生产块数/块产生纵裂块数/块块纵裂率/％445296.51%32341043.21造成普碳钢Q235B纵裂原因较复杂，但大致可从钢水成分和工艺因素两方面加以分析。2.1钢水成分对Q235B表面纵裂影响通常，凡是能改善钢的高温力学性能的元素都能阻止铸坯表面产生纵裂，而恶化钢的高温力学性能的元素将促使铸坯表面纵裂增加，影响Q235B表面纵裂的钢水成分主要是指[C]、[Mn/S]，Q235B化学成分见表2。表2Q235B化学成分CSiMnSPCuNi0.12~200.12~300.3~0.7≤0.045≤0.045≤0.3≤0.32.1.1碳含量的影响图2碳含量与纵裂的关系图2为Q235B表面纵裂与钢中[C]关系，从图2可以看出，图2碳含量与纵裂的关系[C]=0.12%~0.14%时纵裂发生率最高，这是因为[C]=0.12%~0.14%的钢在凝固过程中发生包晶转变（L+δ→γ）产生体积收缩，从而产生应力集中。具有包晶点成分的钢（[C]=0.18%）体积收缩量最大，而实际浇铸的Q235B含[Mn]有扩大γ区因素的影响，所以实际包晶成份点会向Fe—C相图左下方转移，因此造成[C]=0.13%左右的钢收缩量最大，当收缩量大时沿纵向产生的应力集中也大，从而增加了纵裂倾向。2.1.2Mn/S的影响钢中[S]对表面纵裂影响是因为[S]在晶界偏析及在奥氏体晶界析出造成的晶界脆化所致，从文献[1]的Fe—S相图可知，[S]只溶于钢液，而在固态铁中的溶解度及小，它和铁形成熔点为1190℃的FeS，FeS又与γ铁形成熔点更低的共晶体（989℃），当结晶完成时，钢中的[S]几乎全部集中到枝晶之间的剩余钢液中，并最后形成Fe+FeS共晶，从而增加纵裂倾向，但是S的偏析受到Mn的抑制，因为Mn与S的亲和力大于Fe与S的亲和力从而优先形成高熔点（1600℃）的MnS，S与Mn结合生成MnS降低了低熔点的FeS在晶界析出，所以合适的Mn/S比可减少纵裂的发生，研究认为[2]Mn/S﹥40时S对纵裂影响最小。从发生纵裂炉次的Mn/S比情况看，Mn/S<40的比例为77.2%。2.2工艺因素对Q235B纵裂的影响研究表明[3]，纵裂是在铸坯弯月面产生，在二冷区得到扩展。因此凡能影响坯壳生长的所有工艺因素均能对Q235B纵裂造成不同程度影响。2.2.1保护渣的影响保护渣在结晶器与坯壳之间形成的渣膜可对坯壳起到均冷、缓冷作用，合适的保护渣理化指标对减少纵裂有十分重要影响，保护渣的粘度及熔速对纵裂影响见图3[4]，从图3可知，随着保护渣的粘度与熔速比增大，铸坯纵裂倾向越来越小。1300℃1400℃1250℃1300℃1400℃1250℃(η∕τf)/Pa纵裂纹指数图3图3保护渣粘度对纵裂纹影响η—保护渣粘度，Pa·S;τf—渣系熔化时间,S; 攀钢目前浇铸Q235B使用的保护渣的理化指标见表3。生产实践表明：A渣纵裂比例最高， C渣纵裂次之，B渣纵裂最少。这是因为B渣的粘度与熔速比最大；此外具有较高的碱度（R﹥1.1）的保护渣其结晶相比例高，在使用高碱度保护渣时，结晶器与铸坯之间具有较高比例的固相，因而有利于降低结晶器的热流，从而达到均冷、缓冷目的，减少纵裂的发生。表3浇注Q235B结晶器保护渣主要理化指标厂家碱度粘度(Pa·s)熔速(s)（1250℃）熔点(℃)(粘度/熔速)(Pa)A1.040.225211250.00423B1.280.642.410400.01415C1.170.172710750.0062962.2.2结晶器液面波动的影响结晶器液面波动对纵裂的影响见图3[4]，从图3可以看出，结晶器液面波动在±5mm以内时纵裂影响指数最小。为了保持结晶器液位稳定，攀钢1#板坯连铸机于2001年新增了液位自动控制功能，但其投运效果不理想，2005年1~10月投运率仅为78.3%，而人工控制液位则因操作工技能参差不齐，难以长时间保证液位精度在控制范围内，因此势必增加纵裂倾向。纵裂纹指数结晶器中液面波动Δ纵裂纹指数结晶器中液面波动ΔL/mm图4结晶器液面波动对纵裂纹的影响图4结晶器液面波动对纵裂纹的影响2.2.3包次头尾炉对纵裂的影响攀钢1#板坯连铸机单中包连浇炉数一般为7~9炉，统计发生的29炉Q235B纵裂，发现包次头尾炉占了32.2%，包次头尾炉纵裂发生率高的原因是头尾炉次与正常中间连浇炉次工艺条件不同，铸机拉速变化大从而导致二冷水流量波动较大所致。特别是快速升降速度时，对其影响更加显著。2.2.4过热度过高的钢水过热度使坯壳变薄，从而增大纵裂发生几率，浇注Q235B的大量数据统计表明，当过热度大于25℃时，纵裂发生率显著增加，当过热度小于25℃时，纵裂发生率与过热度无明显关系。普碳钢纵裂的控制措施通过以上对Q235B纵裂原因的分析，采取了以下四项措施来控制普碳钢纵裂。（1）从Q235B的成分上加以调控，出钢[C]尽量避开最大包晶点即0.12%~0.14%区间；严格控制出钢[S]，[Mn]按中上限控制，这样就提高了Mn/S比。（2）通过结晶器保护渣对比试验，找到了适合浇注Q235B的保护渣；即采用具有较高碱度和较高的粘度与熔速比的B厂保护渣适合浇注Q235B，同时对保护渣质量进行定期抽查以确保其质量稳定。（3）加强了对结晶器液位控制系统的维护,提高了其投运率，从而减少了因结晶器液面波动而增加铸坯纵裂倾向；规范对包次头尾炉升降速操作。（4）严格控制Q235B浇注温度在1530~1545℃范围。结语影响Q235B表面纵裂的主要原因是钢水[C]含量在0.12%~0.14%范围，Mn/S比不高，结晶器保护渣性能不合适，钢水过热度高。通过对这些因素的控制，经过近半年的生产实践，Q235B纵裂得到了有效控制，统计2005年10月~2006年4月974炉7402块铸坯，纵裂炉数发生率仅为2.13%，纵裂块数发生率仅为0.97%，比2003年3月分别降低了4.38个百分点和2.24个百分点。参考文献：[1]胡庚祥主编.金属学.上海科学技术出版社，1980.211~212[2]冶金报社编.连续铸钢500问.北京:冶金工业出版社，1994.158~161[3]黄道鑫主编.提钒炼钢.北京:冶金工业出版社，2000.307~308[4]陈家祥主编.连续铸钢手册.北京:冶金工业出版社，1991.889~893解决Q195拉丝用方坯钢气泡缺陷的工艺措施【摘要】柳钢转炉炼钢厂初次采用顶底复吹转炉-LF精炼炉-7机7流方坯流程生产拉丝用Q195钢，连铸坯存在气泡缺陷。通过分析气泡产生的原因，提出了有效的工艺措施，消除了气泡缺陷及连铸水口结瘤。关键词连铸Q195拉丝用钢气泡水口结瘤工艺措施前言Q195拉丝用钢是低碳低硅钢，连铸成小方坯后，轧制成线材盘条，供用户拉成丝制作铁钉。用户要求钢材要有良好的拉拔成材性能（见表1）。表1力学性能要求牌号抗拉强度Rm，N/mm2断后伸长率A11.3,%冷弯试验180°，d=弯心直径Q195≤410≥30d=0表2熔炼成分要求熔炼成分(%)牌号CSiMnPSAsQ195GB/T701－2008≤0.12≤0.300.25~0.55≤0.035≤0.040≤0.080内控Q195－1GS≤0.07≤0.10≤0.35≤0.030≤0.030≤0.080目标≤0.06≤0.06≤0.28≤0.030≤0.030≤0.080注：Cr、Ni、Cu等残余元素各不大于0.30%，Mn的含量是用户要求≤0.35%，无下限要求。成分设计碳、硅、锰含量较低（见表2）。虽然对铝成分没有要求，但因钢种硅成分较低，因而只能用铝进行脱氧。根据以往的经验，铝镇静钢容易出现连铸水口结瘤，尤其是转炉连铸系统为定径小水口（柳钢4号方坯定径水口直径=16mm），且保护浇铸条件不佳，尤其容易出现堵水口现象，一般很少浇铸铝镇静钢；但若铝加入量不足，又容易因脱氧不良而造成气泡缺陷。脱氧程度在生产实际中较难把握，控制不当有可能出现连铸水口堵塞或者铸坯因脱氧不良而产生气泡。实践证明：柳钢转炉炼钢厂初次采用120吨顶底复吹转炉-LF精炼炉-165mm×165mm7机7流方坯流程试验生产该钢种，铸坯存在严重气泡缺陷的问题（见图1为了解决上述工艺矛盾，探索行之有效，又容易掌握，可操作性强的工艺措施显得非常重要。存在问题及分析资料表明，铸坯出现气泡的可能性有3种：一是钢中含外来气体超标，二是一是钢中含水蒸气超标，三是钢水脱氧不良[1]。钢中气体含量主要受原材料影响，生产该钢种与其它钢种的原材料条件并无明显差异，可排除第一种因素。水蒸气超标主要来自于原材料潮湿、设备漏水等因素，通过认真排查，没有发现原材料潮湿和设备漏水，因而也可排除第二种导致气泡的可能性。产生Q195拉丝钢的各种条件如原材料、转炉、精炼炉、连铸机设备状况等与生产普通钢种都无明显差异，普通钢种都没有出现气泡缺陷，唯独Q195拉丝钢出现严重气泡，说明导致该钢种出现气泡缺陷的原因只有脱氧不良这一种可能。根据资料，钢水自由氧含量≥60×10-6，浇铸成铸坯后会形成皮下气泡[2]。另据资料，钢中酸溶铝≥60×10-6时，小方坯浇铸时会有Al2O3夹杂析出导致水口堵塞[3]。但对钢液经行钙化处理可以减少铝镇静钢水口结瘤现象[4]。为了找到脱氧深度控制的依据，笔者进行了脱氧理论计算：图1铸坯气泡缺陷低倍照片由于Q195拉丝钢成分的特点是硅低、锰低，钢液氧含量主要由铝控制，根据铝脱氧反应：可计算出不同温度下与目标[O]=40×10-6平衡的铝含量（见表3）。表3不同温度条件下与40×10-6[O]平衡的铝含量温度/℃15501560157015801590160016101620163016401650铝/%0.00190.00230.00290.00360.00440.00540.00660.00810.00990.01210.0147图2为铝氧平衡图。图2：不同温度下Al-O平衡图由图2可知，铝-氧平衡受温度的影响极大。精炼过程温度高达1650℃，通过以上计算可知，精炼过程钢中的铝要控制在147×10-6左右，才能使钢水氧含量控制在40×10-6左右，并且保证在精炼——连铸过程中钢液不析出氧，即铸坯不产生气泡初次生产Q195拉丝钢时，也考虑到合理控制脱氧深度的必要性，即控制40×10-6左右的钢水自由氧含量及60×10-6以下的Al含量，才能保证既没有铸坯气泡缺陷，又没有连铸堵水口的现象。实际生产中钢水氧含量也是按目标范围控制的，但为什么还出现严重的气泡缺陷？分析原因是钢水精炼过程中底吹氩搅拌强度不足，钢水成份、氧含量不均，定氧结果没有代表性，误导精炼过程控制所致，实际钢水氧含量远比测定值高。另纯铝镇静钢随精炼温度的升高，吸氧动力大[3]，精炼加热到最高温度后，钢液出现较大幅度回氧，若钢中没有足够的剩余铝，自由氧必然升高。综合上述考虑，提出了整改工艺措施。整改工艺措施（1）提高转炉终点命中率，减少后吹，出钢前延长后搅时间，提高后搅强度，降低出钢时钢液含氧量，减少脱氧产物生成量。（2）脱氧合金化采用铝-硅复合脱氧，减少高熔点夹杂物生成的数量。（3）精炼过程中加强氩气搅拌，延长精炼强搅时间，促进成分、温度的均匀化。（4）精炼过程酸溶铝控制在150~200×10-6之间，确保在最高精炼温度下（1650℃）钢液脱氧良好，避免在后续工序过程中析出过剩氧。同时在在后续的精炼、镇静、浇铸过程中，钢中的铝含量由于二次氧化烧损，最终也会落在60×10-6左右，有利于连铸的顺利进行（见表4）（5