减少钢板气泡缺陷的措施

 1 前言

　　钢板在桥梁、造船、压力容器以及要求十分严格的工业环境中的应用十分广泛。为了保证上述产品的安全性、可靠性及耐用性，对钢板生产全过程进行质量监控十分重要。众所周知，板坯浇铸过程中非金属氧化物夹杂可能被凝固坯壳俘获，引起钢板表面缺陷。然后，在板坯轧制过程中被拉长和延展，导致钢板表面的气泡形态的不规则。气泡破碎后，不仅使钢板无法达到规定的尺寸要求，且使钢板的力学性能受到严重影响。本文将对钢板表面气泡缺陷的形成机理和应对措施进行简要介绍。
2 钢板表面气泡形成机理
　　为了探索弯曲结晶器连铸机浇铸时，在板坯表面产生气泡的机理和制定减少气泡的相应对策，分两步进行：
证明非金属氧化物夹杂是产生表面气泡的根源；
②  综合分析生产参数和产品质量数据。
(1)  氧化物夹杂检测
　　从钢坯切取和收集有表面气泡缺陷试样，并测量氧化物夹杂在试样横断面上的分布。抛光试样用光学显微镜和扫描电镜（SEM）进行观察。然后，再用能量散射分光计（EDS）完成夹杂网络元素的半定性分析。
　　用SEM和EDS观察了以下三种类型的气泡。第一种类型，气泡的夹杂超过总数的70%。分析证明，这类夹杂内含Ca、Si、Al、Na、Mg、K和F。由于K、F总是较低，而Si和Na却总是较高，所以推测，这种夹杂可能来自结晶器保护渣。第二类夹杂，分析证实含Al、Ca、Si元素为主，且Al、Ca的含量较高，说明这类夹杂可能是炼钢夹杂或钢液二次氧化夹杂。第三类夹杂，主要含Ca、Si、Al、Mg，可能来自中间包耐材。
(2)  数据收集和分析
　　收集了10000多块钢板的浇铸工艺参数和产品质量数据，并用质量评价系统QES和统计分析系统SAS进行了全面分析。结果证实，板坯浇铸先后顺序和结晶器液面波动是导致气泡形成的两个主要原因，且板坯气泡指数与板坯的浇铸顺序关系密切。第一块板坯和最后一块板坯的气泡率大大高于其他板坯。结晶器液面波动幅度过大，容易导致气泡的扩展。
(3)  气泡缺陷
　　在以往研究基础上，将非金属氧化物夹杂分成三类。目前认为，非金属氧化物夹杂来源于以下三种情况：
①  内部生成，钢液中加入Si、Al脱氧后生成的非金属氧化物夹杂；
②  由钢液与空气、炉渣或耐材之间的氧化反应生成的非金属夹杂；
③  外来夹杂，即结晶器保护渣、中间包造渣剂和耐材进入钢液。结果与以前的能量散射分光计分析相同。
　　同时证实，气泡产生与钢液清洁度、耐材侵蚀、结晶器保护渣卷入、浇铸初期和末期的钢液涡流有关。
3 分析
(1)  中间包采用氩气吹扫密封
　　以前，中间包同时采用高压氩气吹扫和造渣剂覆盖，以避免钢液从钢包流进中间包过程中的再氧化。由于能源短缺，已完成对原来的能量存贮法的代替。即利用高压氩气对中间包进行吹扫。分析证实，吹扫1min可使中间包内的氧气浓度降低到1%以下，然后开启钢包用氩气进行恒定吹扫。钢液流进结晶器后，立即加入保护渣直到结晶器表面钢液被全覆盖，然后关闭氩气。
(2)  强化人工操作
　　检测证实，炼钢厂某些操作方法导致非金属氧化物夹杂进钢液。因此，有必要对这些操作方法进行改进。例如，第一炉连续过热；在浇铸初期和末期，操作者避免搅拌结晶器保护渣；钢包更换期间，必须保持中间包内的钢液面在一定的高度，避免产生涡流。
(3)  质量评估系统结晶器液面监测器
　　用质量评估系统QES可准确而及时记录结晶器液面每分钟波动的总次数，并要求操作者注意控制。记录信号每2s发送1次。如果出现瞬间波动或波动总次数超过某一限定值，QES系统会自动报警，同时记录并找出这块有问题的钢坯（可能引起气泡缺陷的钢坯），并将用火焰清理和切割对问题钢坯进行再清理和再切割。
4 结果和讨论
　　通过各种不同钢板气泡存在和分布规律的探索，已经弄清了钢板产生气泡的原因并制定了减少气泡的相应措施，使钢板气泡率有了明显降低。
(1)  钢液清洁度
　　生产实践分析证实，钢包/中间包炉渣中的MnO或FeO很容易与钢液中的Al产生下列化学反应，生成Ca-Al型夹杂。
(2)  结晶器保护渣卷入钢液
　　浇铸初期，很难避免钢液从钢包进入中间包这一过程中钢液的再氧化。当中间包内钢液面很低时，钢液容易产生涡流，并将中间包内的非金属夹杂带进结晶器。在这期间，多孔型浸入式水口的氩气流速很高，遇到结晶器液面波动，则将结晶器保护渣卷入钢液。这就是在第一块铸坯出现大量气泡的原因。
　　结晶器液面波动不仅发生在浇铸初期，在整个浇铸过程中都可能发生。除上述原因外，还有其他原因会引起结晶器卷渣，如水口堵塞，氩气清洗和拉速波动等。实践证实，只有控制理想工艺参数才能有效减少结晶器内卷渣。
(3)    浇铸初期和浇铸末期的钢液涡流
　　浇铸初期或末期，中间包钢液面太低容易使钢渣和钢液一起流进结晶器。浇铸初期，可利用较高的中间包液面防止钢液产生涡流。此外，结晶器内钢液快速冷却、凝固和防止结晶器液面搅动可避免浇铸末期中间包钢液产生涡流，减少夹杂卷入。
5 结论
　　研究证实，钢板产生气泡缺陷与钢液清洁度、耐火材料侵蚀、结晶器卷入保护渣、浇铸初和末期涡流等因素有关。中间包氩气密封、改善和强化人工操作、使用QES监测连铸工艺等措施可使钢板气泡夹杂减少75%。  
 (来源：炼钢)