超純鐵素體不銹鋼連鑄坯表面卷渣缺陷改善

杜立功， 王 偉， 常國棟

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司煉鋼二廠， 山西 太原 030003）

超純鐵素體不銹鋼為碳、氮含量極低的鐵素體不銹鋼，該系列鋼中普遍應(yīng)用于汽車排氣行業(yè)、家電及餐具行業(yè)。由于該系列鋼種要求超低碳、氮并進(jìn)行鈦穩(wěn)定化處理，鈦元素的加入，給鋼水的潔凈度控制，連鑄過程的穩(wěn)定性等造成極大的影響，如果控制不好會造成連鑄坯表面卷渣、鑄坯橫裂、縱裂、凹陷等缺陷，最終影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，為此國內(nèi)外鋼廠對此類品種的鑄坯一般采用鑄坯修磨來保證后續(xù)產(chǎn)品質(zhì)量，不僅影響生產(chǎn)效率，且大幅提高生產(chǎn)成本。本文通過對鈦合金化工藝、連鑄參數(shù)的研究，弄清楚影響鑄坯表面質(zhì)量的因素，實現(xiàn)鑄坯無修磨軋制。

1 鐵素體不銹鋼連鑄坯常見表面質(zhì)量問題

連鑄板坯常規(guī)表面質(zhì)量問題如圖1 所示。目前對超純鐵素體不銹鋼來說，出現(xiàn)頻率較多的問題主要是表面卷渣缺陷，此類缺陷主要通過修磨的方式進(jìn)行處理，會帶來物流效率低的問題，由此會可能導(dǎo)致鑄坯發(fā)生斷裂的問題。因此解決鑄坯的卷渣缺陷尤為重要。

2 鋼水質(zhì)量對鑄坯卷渣的影響

相關(guān)學(xué)者研究[1]認(rèn)為造成含鈦不銹鋼鑄坯表面形成夾渣的原因為連鑄澆鑄過程的水口堵塞，含鈦不銹鋼連鑄生產(chǎn)過程中，保護(hù)渣不可避免地吸收鋼液上浮的TiO2夾雜物，或鋼液中存在的鈦被保護(hù)渣中的SiO2氧化后進(jìn)入保護(hù)渣，與保護(hù)渣反應(yīng)使保護(hù)渣的熔點升高，影響保護(hù)渣的熔化性能，形成結(jié)晶器保護(hù)渣“結(jié)魚”，結(jié)魚形成后會造成保護(hù)渣大量的卷入鑄坯表面帶來鑄坯卷渣缺陷。為此通過提高鋼中的w（Al）＞0.03%[2]，延長鈦合金化后的精煉時間等工藝措施的實施，減少鈦合金化后TiOx生成以及通過延長精煉時間使生成的TiOx上浮去除，最終實現(xiàn)多爐連續(xù)澆鑄而不發(fā)生水口堵塞及鑄坯表面卷渣。

3 結(jié)晶器流場對卷渣的影響

以409 為代表的連鑄坯表面“卷渣”缺陷形貌如圖2 所示，該缺陷主要表現(xiàn)為：連鑄坯內(nèi)外弧均有，內(nèi)弧中部居多，呈不規(guī)則分布，卷入深度不一，部分嵌入深度超5 mm。如不進(jìn)行深修磨，冷軋薄板表面會呈現(xiàn)夾雜缺陷，該缺陷成為制約含鈦鋼表面質(zhì)量提升的不利因素。前人曾采取優(yōu)化浸入式水口插入深度、優(yōu)化結(jié)晶器保護(hù)渣性能、提高保護(hù)澆注效果等手段，但效果不佳。

3.1 SEN 傾角對流場的影響

不同傾角（5°、10°、15°）下，結(jié)晶器液位波動情況與浸入式水口插入深度關(guān)系水模試驗結(jié)果如下頁圖3 所示。

圖3 浸入式水口傾角對液面波動的影響

資料顯示，水模試驗中心波高在2～5 mm 之間為最佳范圍，低于3 mm 則認(rèn)為液面太死，上循環(huán)弱，不利于結(jié)晶器保護(hù)渣熔化，高于5 mm 則會增加“卷渣”幾率。使用原15°水口、浸入式水口插入深度為130～140 mm 時，結(jié)晶器液位中心波高在2～3 mm之間，效果較好，若使用5°和10°水口時，波高迅速減小，不利于化渣。

工業(yè)實踐表明，在保持浸入式水口側(cè)孔尺寸和中孔尺寸不變前提下，使用三種角度水口，連鑄坯表面均有“卷渣”出現(xiàn)，無明顯差別，說明優(yōu)化浸入式水口傾角對解決連鑄坯“卷渣”效果不明顯。

3.2 SEN 側(cè)孔尺寸對鋼水出口流股影響

SEN 不同側(cè)孔尺寸（48 mm×70 mm、48 mm×60 mm、32 mm×52 mm）下，結(jié)晶器液位波動與浸入式水口插入深度關(guān)系水模試驗結(jié)果如圖4 所示。

圖4 不同中孔尺寸下浸入式水口插入深度與結(jié)晶器液位波動關(guān)系

在保持浸入式水口出口傾角、中孔尺寸不變情況下，與原水口相比較而言，減小出口尺寸后的水口對應(yīng)鋼流出口流速增塊。以1 060 mm 規(guī)格對應(yīng)浸入式水口插入深度130 mm 為例，原水口出口中心波高為1.9 mm，試驗水口1 對應(yīng)出口中心波高為2.2 mm，試驗水口2 對應(yīng)出口中心波高為4.0 mm。水模試驗結(jié)果表明：對小斷面、低拉速鋼種，小側(cè)孔水口效果較好；現(xiàn)場實踐具有同樣的規(guī)律。

3.3 SEN 中孔尺寸對鋼水出口流股影響

如前所述，改變浸入式水口傾角對解決連鑄坯表面“卷渣”缺陷效果不明顯；減小側(cè)孔尺寸在低拉速、小斷面鋼種上取得了較好效果

基于此，研究了不同中孔尺寸水口對浸入式水口出口流股影響，原水口（中孔68 mm）和試驗水口（中孔60 mm）對比結(jié)果如下：

1）水模試驗表明。在浸入式水口側(cè)孔尺寸仍為50 mm×70 mm，傾角仍為上傾15°、拉速為0.9 m/min、澆注斷面為200 mm×1 240 mm 情況下。原水口中孔面積和側(cè)孔面積比為4.32，澆注過程中存在鋼流不穩(wěn)定，不利于穩(wěn)定結(jié)晶器流場，且不利于結(jié)晶器化渣；試驗水口（中孔60 mm）中孔面積和側(cè)孔面積比為3.36，澆注過程中水流平穩(wěn)，效果較好；

2）實踐結(jié)果顯示，使用60 mm 中孔浸入式水口后，409、超純等鋼種連鑄坯表面“卷渣”問題得到了有效解決，改善后連鑄坯內(nèi)外弧表面如圖5 所示。

圖5 409 使用60 mm 中孔浸入式水口后對應(yīng)連鑄坯表面質(zhì)量

4 結(jié)論

1）造成超純鐵素體不銹鋼鑄坯表面卷渣的主要原因是鋼水鈦合金化后鋼中TiOx上浮不充分或鋼中的鈦受保護(hù)渣中SiO2氧化生成TiOx類夾雜物造成保護(hù)渣熔點升高，形成“結(jié)魚”后固態(tài)保護(hù)渣卷入鑄坯表面。

2）SEN 側(cè)孔參數(shù)不合適影響鋼水出口流股的穩(wěn)定，造成結(jié)晶器液面不穩(wěn)，保護(hù)渣卷入鑄坯表面，形成鑄坯卷渣缺陷。

3）SEN 中孔參數(shù)與鑄坯拉速不匹配，浸入式水口內(nèi)鋼水流入結(jié)晶器內(nèi)流場紊亂造成的保護(hù)渣卷入形成鑄坯表面卷渣缺陷。

4）通過鑄坯表面卷渣問題的解決，439、441、436L 等超純鐵素不銹鋼的無修磨流通的比例從0提高到了20%以上，冷軋板產(chǎn)品表面質(zhì)量達(dá)到正常修磨鑄坯的水平。