塞棒吹氬對(duì)鑄坯氣孔缺陷的影響

段云波，李強(qiáng)

（包鋼稀土鋼板材有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古包頭 014010）

塞棒吹氬對(duì)鑄坯氣孔缺陷的影響

段云波，李強(qiáng)

（包鋼稀土鋼板材有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古包頭 014010）

在1 650 mm連鑄機(jī)上，通過(guò)不同的塞棒吹氬量對(duì)試驗(yàn)鋼種低碳鋼SPHC進(jìn)行試驗(yàn)，分析塞棒吹氬對(duì)鑄坯氣孔缺陷的影響。通過(guò)試驗(yàn)得出最適宜的吹氬流量為：塞棒吹氬流量3～6 L/min，板間吹氬流量2 L/min，上水口吹氬流量3 L/min。將試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用到生產(chǎn)中，最終使連鑄板坯氣孔得到有效控制。

氣孔 塞棒吹氬 連鑄板坯

包鋼稀土鋼板材有限責(zé)任公司新建的1 650 mm雙流板坯連鑄機(jī)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)256萬(wàn)t合格連鑄坯。連鑄機(jī)冶金長(zhǎng)度36 900 mm，基本半徑10 000 mm，有效垂直長(zhǎng)度2 500 mm，連鑄機(jī)工作拉速0.8～1.8 m/min，采用塞棒控流，浸入式水口快換機(jī)構(gòu)及配套氬氣保護(hù)裝置由維蘇威公司提供。

1650mm連鑄機(jī)從2014年3月投產(chǎn)開(kāi)始至2015年1月，所生產(chǎn)的SPHC、Q235B、SS400B等鋼種都出現(xiàn)了一些氣泡問(wèn)題。

在連鑄生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很多氣泡，這些氣泡主要分為三類(lèi)：第一類(lèi)是脫氧不干凈產(chǎn)生的氧氣泡；第二類(lèi)是氬氣或氮?dú)獾缺Ｗo(hù)氣體；第三類(lèi)是水蒸氣氣泡（主要來(lái)自添加潮濕的材料和耐火材料等等[1]）。為了分析連鑄機(jī)產(chǎn)生氣泡的原因，通過(guò)研究分析連鑄、轉(zhuǎn)爐、精煉生產(chǎn)過(guò)程中使用的輔助材料和耐火材料并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)跟蹤調(diào)查，發(fā)現(xiàn)氣泡主要產(chǎn)生的原因是由塞棒、板間及上水口吹氬引起的。因此，結(jié)合包鋼的實(shí)際生產(chǎn)情況，探索塞棒吹氬對(duì)鑄坯氣孔的影響，并在此基礎(chǔ)上提出解決氣孔的塞棒吹氬工藝參數(shù)。

1 塞棒吹氬的作用

在連鑄機(jī)澆鑄過(guò)程中要實(shí)行全封閉的保護(hù)鑄造，就要在大包下水口與大包長(zhǎng)水口之間安裝氬氣保護(hù)，氬氣會(huì)從鋼液表面逸出，基本上不會(huì)進(jìn)入鋼液內(nèi)部，但是在塞棒、板間、上水口之間沖入的氬氣會(huì)跟著鋼流進(jìn)入結(jié)晶器。氬氣主要有以下幾點(diǎn)作用：一是可以防止鋼水的二次氧化以及水口結(jié)瘤；二是從鋼液中上浮的氬氣可以使保護(hù)渣變得疏松，有利于結(jié)晶器的潤(rùn)滑；三是產(chǎn)生的氬氣泡可以加速鋼液中夾雜物的上浮；四是可以起到冷卻塞棒的作用。當(dāng)吹氬不合理時(shí)，進(jìn)入結(jié)晶器的氬氣泡及黏附在其表面的非金屬夾雜物易被初生凝固坯殼捕獲，則會(huì)導(dǎo)致在鑄坯表面產(chǎn)生氣孔，同時(shí)也有可能使鋼水液面裸露并有產(chǎn)生卷渣情況的發(fā)生[2]。

維蘇威公司提供的SEM3085型浸入式水口快換機(jī)構(gòu)，采用國(guó)際領(lǐng)先水平技術(shù)，可提高連澆爐數(shù)，降低中包耐火材料單耗。使用時(shí)，必須連接每流的氬氣管和壓縮空氣管，打開(kāi)閥門(mén)檢查其是否漏氣等，檢查氬氣面板上每個(gè)流的顯示是否正常（必須與設(shè)定相同）。

2 試驗(yàn)條件及方案

2.1 試驗(yàn)條件

本文以1 650 mm連鑄機(jī)為基礎(chǔ)，涉及鋼種主要為低碳鋼SPHC，化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 SPHC化學(xué)成分%

SPHC的生產(chǎn)斷面主要為230 mm×1 275 mm，其生產(chǎn)工藝流程為：轉(zhuǎn)爐→精煉（LF）→板坯連鑄→熱軋。試驗(yàn)工藝參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 SPHC工藝參數(shù)

2.2 試驗(yàn)方案

在上水口、板間吹氬量恒定不變的情況下，設(shè)定三個(gè)不同塞棒吹氬量進(jìn)行試驗(yàn)，背壓≥0 MPa，如試驗(yàn)方案表3所示。

表3 試驗(yàn)方案

3 試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)三種試驗(yàn)方案下所產(chǎn)生的連鑄坯氣孔的發(fā)生情況進(jìn)行跟蹤，結(jié)果如表4所示。

表4 鑄坯氣孔情況統(tǒng)計(jì)

在三種試驗(yàn)方案下所產(chǎn)生的連鑄坯清理前后的氣孔形貌如圖1和圖2所示。

圖1 清理前的鑄坯氣孔形貌

圖2 清理后鑄坯氣孔形貌

由表4可知，隨塞棒吹氬量的降低，鑄坯氣孔發(fā)生率降低。由圖1和圖2發(fā)現(xiàn)，氣孔多出現(xiàn)在鑄坯窄側(cè)振痕處，方案1氣孔尺寸為1.5～3.0 mm，氣孔形貌為圓球型，且多數(shù)氣孔屬于開(kāi)放型，分布較為密集。方案2和3氣孔尺寸為0.5～1.0 mm，氣孔形貌也為圓球型，氣泡量很少。

4 試驗(yàn)分析

4.1 鑄坯氣孔缺陷尺寸

通過(guò)軋制鋼坯和跟蹤鑄造情況發(fā)現(xiàn)，方案1的氣孔孔徑較大，并且在方案1中除了在水口處有擾動(dòng)外，在結(jié)晶器的窄測(cè)也有很強(qiáng)大的擾動(dòng)，于是在方案2和方案3中減小了塞棒氬氣的吹入量，發(fā)現(xiàn)結(jié)晶器窄測(cè)擾動(dòng)明顯減小。張立峰的研究[3]也證明了隨著吹氬流量的增大，氣泡將隨之增大，隨著吹氬流量的增大會(huì)加強(qiáng)結(jié)晶器窄面的擾動(dòng)。

4.2 鑄坯氣孔缺陷數(shù)量

通過(guò)清理方案1中的鑄坯窄測(cè)，發(fā)現(xiàn)振痕處有大量的氣孔缺陷，而且氣孔中還有很多殘留物存在著。這種情況很有可能是發(fā)生了卷渣。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)將氬氣流量調(diào)高時(shí)，結(jié)晶器液面波動(dòng)也隨之增強(qiáng)；當(dāng)增大到一定程度時(shí)發(fā)現(xiàn)液體裸露，此時(shí)通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)鑄坯窄測(cè)的氣孔缺陷明顯增加，這說(shuō)明氬氣流量越大，結(jié)晶器液面波動(dòng)越劇烈，氣孔的產(chǎn)生越多。

4.3 塞棒、板間、上水口吹氬的優(yōu)化

通過(guò)分析方案3的試驗(yàn)，雖然在實(shí)驗(yàn)中關(guān)閉了塞棒吹氬，但仍然在鑄坯中發(fā)現(xiàn)了氣孔缺陷。這是因?yàn)樵趯?shí)際生產(chǎn)中除了塞棒吹氬外還要在板間和上水口進(jìn)行吹氬保護(hù)，由于浸入式水口中是高負(fù)壓條件，導(dǎo)致氬氣被吸入到快速流動(dòng)的鋼液中。因此，板間和上水口吹氬，不僅可以防止空氣被卷入鋼液，還能冷卻水口和防止結(jié)瘤。通過(guò)分析吹氬的利與弊，發(fā)現(xiàn)在正常的澆鑄過(guò)程中合適的吹氬流量為：塞棒吹氬流量3～6 L/min，板間吹氬流量2 L/min，上水口吹氬流量3 L/min。將其應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化后的吹氬工藝明顯改善了氣孔的發(fā)生率，使氣孔發(fā)生率得到了有效控制。

5 結(jié)論

1）在方案1中，鑄坯氣孔發(fā)生率較高，氣孔尺寸較大，并且存在結(jié)晶器液位擾動(dòng)和卷渣情況；在方案3中，關(guān)閉塞棒吹氬，鑄坯仍然有氣孔缺陷。

2）包鋼1 650 mm連鑄機(jī)自2014年3月份投產(chǎn)以來(lái)通過(guò)優(yōu)化塞棒、板間和上水口的吹氬流量，連鑄坯的氣孔缺陷改善效果十分明顯，獲得了良好的鑄坯質(zhì)量。

[1]張炯明，赫翼成，李寶寬.吹入氣體對(duì)連鑄結(jié)晶器流體流動(dòng)的影響[J].金屬學(xué)報(bào)，1995，31（6）：269-274.

[2]馮巍，胡明謙，李德強(qiáng)，等.水口吹氬工藝板坯結(jié)晶器內(nèi)氣泡運(yùn)動(dòng)行為的物理模擬[J].特殊鋼，2007，128（5）：28-30.

[3]Zhang Lifeng,Brian GThomas.State of the Artin Evaluation and Control of Steel Cleanliness[J].ISIJ International，2003，4（3）：271-291.

（編輯：胡玉香）

Influence of Blowing Argon of Stopper on Pinhole Defect of Slab

DUAN Yunbo，LI Qiang
（The Rare Earth Steel Plates Company of Baotou Iron and Steel Co.,Ltd.,Baotou Inner Mongolia,014010）

The steel of low carbon steel SPHC is tested by different amount of blowing argon of stopper based on 1 650 mm continuous casting machine to obtain a proper condition.This paper analyzes the influence of blowing argon of stopper on pinhole defect of slab.Through the experiment,the most suitable argon blowing flow rate is:3～6 L/min of stopper argon flow rate,2 L/min of the argon flow rate between plates,3 L/min of upper nozzle argon flow rate. Ultimately,the pinhole of the continuous casting slab has been effectively controlled.

pinhole,blowing argon of stopper,continuous casting slab

TG249.7

A

1672-1152（2016）06-0026-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.06.09

2016-10-25

段云波（1983—），男，工程碩士，工程師，現(xiàn)從事煉鋼連鑄技術(shù)管理工作。