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減少鋼闆氣泡缺陷的措施
  發布時間:2017-04-09 02:07   來源:未知   點擊: 次
鋼闆在橋梁、造船、壓力容器以及要求十分嚴格的工業環境中的應用十分廣泛。為了保證上述産品的安全性、可靠性及耐用性,對鋼闆生産全過程進行質量監控十分重要。衆所周知,闆坯澆鑄過程中非金屬氧化物夾雜可能被凝固坯殼俘獲,引起鋼闆表面缺陷。然後,在闆坯軋制過程中被拉長和延展,導緻鋼闆表面的氣泡形态的不規則。氣泡破碎後,不僅使鋼闆無法達到規定的尺寸要求,且使鋼闆的力學性能受到嚴重影響。本文将對鋼闆表面氣泡缺陷的形成機理和應對措施進行簡要介紹。
  2 鋼闆表面氣泡形成機理
  為了探索彎曲結晶器連鑄機澆鑄時,在闆坯表面産生氣泡的機理和制定減少氣泡的相應對策,分兩步進行:
  證明非金屬氧化物夾雜是産生表面氣泡的根源;
  ②  綜合分析生産參數和産品質量數據。
  (1)  氧化物夾雜檢測
  從鋼坯切取和收集有表面氣泡缺陷試樣,并測量氧化物夾雜在試樣橫斷面上的分布。抛光試樣用光學顯微鏡和掃描電鏡(SEM)進行觀察。然後,再用能量散射分光計(EDS)完成夾雜網絡元素的半定性分析。
  用SEM和EDS觀察了以下三種類型的氣泡。第一種類型,氣泡的夾雜超過總數的70%。分析證明,這類夾雜内含Ca、Si、Al、Na、Mg、K和F。由于K、F總是較低,而Si和Na卻總是較高,所以推測,這種夾雜可能來自結晶器保護渣。第二類夾雜,分析證實含Al、Ca、Si元素為主,且Al、Ca的含量較高,說明這類夾雜可能是煉鋼夾雜或鋼液二次氧化夾雜。第三類夾雜,主要含Ca、Si、Al、Mg,可能來自中間包耐材。
  (2)  數據收集和分析
  收集了10000多塊鋼闆的澆鑄工藝參數和産品質量數據,并用質量評價系統QES和統計分析系統SAS進行了全面分析。結果證實,闆坯澆鑄先後順序和結晶器液面波動是導緻氣泡形成的兩個主要原因,且闆坯氣泡指數與闆坯的澆鑄順序關系密切。第一塊闆坯和最後一塊闆坯的氣泡率大大高于其他闆坯。結晶器液面波動幅度過大,容易導緻氣泡的擴展。
  (3)  氣泡缺陷
  在以往研究基礎上,将非金屬氧化物夾雜分成三類。目前認為,非金屬氧化物夾雜來源于以下三種情況:
  ①  内部生成,鋼液中加入Si、Al脫氧後生成的非金屬氧化物夾雜;
  ②  由鋼液與空氣、爐渣或耐材之間的氧化反應生成的非金屬夾雜;
  ③  外來夾雜,即結晶器保護渣、中間包造渣劑和耐材進入鋼液。結果與以前的能量散射分光計分析相同。
  同時證實,氣泡産生與鋼液清潔度、耐材侵蝕、結晶器保護渣卷入、澆鑄初期和末期的鋼液渦流有關。
  3 分析
  (1)  中間包采用氩氣吹掃密封
  以前,中間包同時采用高壓氩氣吹掃和造渣劑覆蓋,以避免鋼液從鋼包流進中間包過程中的再氧化。由于能源短缺,已完成對原來的能量存貯法的代替。即利用高壓氩氣對中間包進行吹掃。分析證實,吹掃1min可使中間包内的氧氣濃度降低到1%以下,然後開啟鋼包用氩氣進行恒定吹掃。鋼液流進結晶器後,立即加入保護渣直到結晶器表面鋼液被全覆蓋,然後關閉氩氣。
  (2)  強化人工操作
  檢測證實,煉鋼廠某些操作方法導緻非金屬氧化物夾雜進鋼液。因此,有必要對這些操作方法進行改進。例如,第一爐連續過熱;在澆鑄初期和末期,操作者避免攪拌結晶器保護渣;鋼包更換期間,必須保持中間包内的鋼液面在一定的高度,避免産生渦流。
  (3)  質量評估系統結晶器液面監測器
  用質量評估系統QES可準确而及時記錄結晶器液面每分鐘波動的總次數,并要求操作者注意控制。記錄信号每2s發送1次。如果出現瞬間波動或波動總次數超過某一限定值,QES系統會自動報警,同時記錄并找出這塊有問題的鋼坯(可能引起氣泡缺陷的鋼坯),并将用火焰清理和切割對問題鋼坯進行再清理和再切割。
  4 結果和讨論
  通過各種不同鋼闆氣泡存在和分布規律的探索,已經弄清了鋼闆産生氣泡的原因并制定了減少氣泡的相應措施,使鋼闆氣泡率有了明顯降低。
  (1)  鋼液清潔度
  生産實踐分析證實,鋼包/中間包爐渣中的MnO或FeO很容易與鋼液中的Al産生下列化學反應,生成Ca-Al型夾雜。
  (2)  結晶器保護渣卷入鋼液
  澆鑄初期,很難避免鋼液從鋼包進入中間包這一過程中鋼液的再氧化。當中間包内鋼液面很低時,鋼液容易産生渦流,并将中間包内的非金屬夾雜帶進結晶器。在這期間,多孔型浸入式水口的氩氣流速很高,遇到結晶器液面波動,則将結晶器保護渣卷入鋼液。這就是在第一塊鑄坯出現大量氣泡的原因。
  結晶器液面波動不僅發生在澆鑄初期,在整個澆鑄過程中都可能發生。除上述原因外,還有其他原因會引起結晶器卷渣,如水口堵塞,氩氣清洗和拉速波動等。實踐證實,隻有控制理想工藝參數才能有效減少結晶器内卷渣。
  (3)    澆鑄初期和澆鑄末期的鋼液渦流
  澆鑄初期或末期,中間包鋼液面太低容易使鋼渣和鋼液一起流進結晶器。澆鑄初期,可利用較高的中間包液面防止鋼液産生渦流。此外,結晶器内鋼液快速冷卻、凝固和防止結晶器液面攪動可避免澆鑄末期中間包鋼液産生渦流,減少夾雜卷入。
  5 結論
  研究證實,鋼闆産生氣泡缺陷與鋼液清潔度、耐火材料侵蝕、結晶器卷入保護渣、澆鑄初和末期渦流等因素有關。中間包氩氣密封、改善和強化人工操作、使用QES監測連鑄工藝等措施可使鋼闆氣泡夾雜減少75%。