利用扫描电镜和能谱仪分析了唐钢1700线热轧板夹渣缺陷的成因..结果表明，夹渣缺陷主要为黑线和粘皮，两者都含有一定量的n a元素，主要是连铸过程中夹渣带入的。从夹渣缺陷产生的机理入手，通过选择合适的氩气流量、水口结构、水口板尺寸精度、水口浸入深度和保护渣，降低结晶器液面波动，稳定控制塞棒动作，降低拉速波动，优化捞渣和出渣线操作，夹渣缺陷减少至少60%，钢卷夹渣率由4.9%降至1.5%。控制效果良好，有效提高了产品质量。

关键词:热轧薄板；夹渣；连续铸造；结晶器；拉速；开渣线；夹渣率；

热轧板夹渣的成因及控制

王刘帅新津志杰

HBIS集团唐钢公司第一轧钢厂

文摘:分析了HBIS唐钢1700生产线生产的热轧板卷夹渣缺陷产生的原因。结果表明，夹渣缺陷主要为黑线和翘曲，两者都含有一定量的n a元素，这主要是连铸过程中夹渣造成的。根据夹渣机理，通过selec & # 116通过选择合适的氩气流量、喷嘴结构、喷嘴板尺寸精度、喷嘴浸入深度、夹渣和保护，降低结晶器液面波动，稳定塞棒动作，降低拉速波动，优化除渣和起渣线操作，夹渣量降低至少60%，板卷夹渣率由4.9%降至1.5%，控制效果良好。此外，产品质量得到了有效提高。

0简介

夹渣缺陷主要由保护渣、水口沉积物、二次氧化产物等引起。在连铸过程中被不断生长的凝固壳夹住[1，2，3]，其表现为脱皮、鼓包、小白条等。在热轧或冷轧钢板上[4，5]。汤和钢铁公司1700线板坯连铸机投产以来，钢卷表面一直存在夹渣现象。严重时夹渣率达到4.9%，成为影响钢卷表面质量和成品合格率的最主要问题。

虽然国内外很多钢厂都对夹渣缺陷的成因进行了研究，但不同钢厂的设备和工艺参数不同，影响夹渣的主要原因也不同。因此，本文从唐钢板坯连铸机的夹渣机理入手，认真分析并严格控制工艺和操作，以保证生产出高质量、高附加值的热轧板。

1夹渣缺陷来源分析

汤和钢铁公司1700线钢卷表面存在两种夹渣缺陷，如图1所示。第一类缺陷为黑线，存在于卷材表层，横向分布多集中在卷材边缘0 ~ 25 cm处，中间位置偶有分布，缺陷长度15 ~ 80 cm，占70%。第二类缺陷，长度在40cm以上，为翘曲的皮状，一般存在于翘曲部分或板材中部，占30%。

图1夹渣缺陷的表面形貌

对这两类缺陷进行了SEM观察和EDS分析，结果如图2所示。可以看出，渣中夹杂物含有一定量的Na元素，说明其主要来源于保护渣。同时，Al、Ca、O等元素的存在表明脱氧产物不能充分上浮并被清除，留在钢中，产生夹渣缺陷。因此，减少夹渣缺陷的关键是防止结晶器卷渣和保证连铸过程中充分脱氧。

图2夹渣缺陷的SEM形貌和EDS结果

在连铸过程中，保护渣的卷入根据产生机理可分为四种类型[6，7，8]:

(1)剪切卷渣:结晶器弯月面附近驻波引起的结晶器内壁卷渣。

(2)旋涡卷渣:由于水口错位、堵塞、侵蚀等原因，水口两侧水流出口速度和方向不对称，容易形成旋涡，保护渣卷入坯壳。

(3)弯月面扰动:水口周围的氩气气泡会引起钢-渣界面的扰动，产生夹渣。

(4)液面破碎卷渣:浇注温度过低时，保护渣熔化不良，形成絮状渣块，造成卷渣。

根据结晶器卷渣机理，可以推断卷渣缺陷与氩气流量大、结晶器液面波动、保护渣性能不理想、拉速波动、水口浸入深度不合理等因素有关。

2控制措施

2.1合理的氩气流量

中间包三路氩气对夹渣和粘皮缺陷的影响主要集中在两个方面:一方面，氩气流量过大，结晶器液面波动范围大，夹渣率增加；另一方面，如果氩气流量太小，喷嘴面会吸氧氧化，喷嘴会窜气，也会增加夹渣率[9，10，11]。汤和板坯连铸机的生产实践表明，当板坯间氩气压力& le在0.025 MPa下，氩气流量的变化对板坯的夹渣率影响不大。氩气压力>:0.025 MPa时，钢卷表面小夹渣缺陷增多；氩气压力>时:压力为0.05 MPa时，结晶器内液面波动加剧，导致线圈表面出现严重的翘皮缺陷。这是因为氩气的流量过大，凝固前沿容易突破液态渣层，直接与粉末渣层接触。另外，来不及上浮的气泡被凝固前沿接住，形成皮下气泡，在卷取过程中在卷材表面形成间歇性的皮翘。当平板间的氩气压力

2.2合理的喷嘴结构和尺寸精度

水口结构与结晶器流场分布有关，结晶器流场是影响卷内夹渣的重要因素。汤和板坯连铸机有两种水口，其底部结构为凸底式和凹底式，如图3所示。在相同的浇注时间下，当拉速为1.4 ~ 1.7 m/min时，两种水口的液渣层厚度几乎相同，为10 ~ 13 mm，从液渣均匀性来看，凹底水口结晶器液面波动较大，液渣层均匀性较差，但两者控制夹渣能力相差约2.5%。拉动速度

图3试验用喷嘴结构

另外，在攻关前，经常出现板间氩气压力达不到常规氩气流量(10 ~ 20 L/min)的现象，并伴有水口处气体错流(结晶器液面波动剧烈)。拆除盲板时，发现上下喷嘴板之间有间隙，如图4所示。这将导致板间氩气成股进入结晶器，导致钢水通过液态渣层与保护渣直接接触，导致卷内夹渣较多，夹渣率高达7.8%。

图4带间隙的上下喷嘴

仔细检查喷嘴面后，发现存在以下问题:喷嘴面四角尺寸偏差较大，有的位置超过5mm；(2)部分喷嘴面的钢壳突出于耐火面，直接导致上下喷嘴面有缝隙，钢壳容易切穿上喷嘴面，造成氩气分布不均匀；(3)喷嘴板底部铁皮不平，部分铁皮凸出与快换机构垫块接触，导致垫块不平，更换喷嘴时容易出现板间夹钢，氩气压力达不到。

针对以上原因，采取以下控制措施:(1)喷嘴板厚度宜为35.5~36 mm，平直度控制在& plusmn5毫米以内；(2)钢壳应低于耐火材料表面1 mm，钢壳应平整，以防突出；(3)出厂前应打磨喷嘴底部的钢壳，保证钢壳平整，防止喷嘴板底部与垫板接触时产生阻力。水口板优化后，上下水口配合良好，避免了板间夹钢、划伤耐火材料表面、水口侧风等现象。

2.3防止结晶器液位波动。

结晶器液面波动是板坯夹渣缺陷的直接原因[12，13，14]。汤和钢铁公司板坯连铸机结晶器液位波动的主要原因有:(1)拉速波动；(2)浸入式水口损坏；(3)氩气流量过大；(4)棒体膨胀冲洗。分析发现，造成涨棒的第一个原因是钢水温度低，水口内钢冷；二是钢中夹杂物多，附着在水口内壁。形成包涵体的主要原因是:①钙处理不充分，Ca/Als控制范围不合理，包涵体变性不充分；②形成高熔点镁铝尖晶石(MgO & middotAl2O3)，熔点为2 130℃，不易上浮和去除；③钢中加入的钙与硫反应生成CaS。

基于以上原因，分别采取以下措施:

(1)恒定铸造速度控制，以减少铸造速度波动。

(2)严格控制喷嘴质量，保证喷嘴使用7小时后渣线的剩余厚度>:8 mm，防止喷嘴处渣线的侵蚀和损坏。

(3)生产过程中，密切注意结晶器的实际液位。一旦发现液位波动范围较大，应立即调整氩气流量，以避免夹渣。

(4)提高钢水温度，减少夹杂物的形成。

(1)稳定冶炼过程，保证全炉浇钢时，低碳钢温度在钢液的+(15 ~ 35)℃,中碳钢温度在钢液的+(20 ~ 35)℃。

②保证中间包和浸入式水口的烘烤效果，保证中间包在1 100 ~ 1 200℃保温时间>:0.5 h，浸入式水口烘烤温度>:900 ℃

③提高钙治疗的效果。在钙处理生产的铝酸钙中，12CaO & middot7Al2O3是最理想的材料，其熔点仅为1 415℃，钙铝比为1.2。在实际生产过程中，钢中10%的al会与氧结合形成Al2O3，所以Ca/Als比只有0.11。如果钢中T[O]含量波动较大，钙处理效果不理想。因此，实际生产中应严格控制转炉终点，LF精炼时应根据T[O]情况适当调整Ca/Als，保证钙处理后的静吹时间>:8 min，以促进12CaO & middot7Al2O3的形成和漂浮。

2.4塞棒动作的稳定控制

塞棒作用的大变化会引起结晶器液面的变化，保护渣会卷入坯壳中。影响唐钢板坯连铸机塞棒动作的主要原因如下:

(1)自动化参数设置不合理，塞棒振动幅度大。

(2)中间包结渣导致塞棒结渣，影响塞棒动作。

(3)止动机构卡住，零件老化。

对此，采取以下控制措施:

(1)合理的自动化参数(塞棒间隙补偿值)保证塞棒位置和模具液面稳定，液面波动稳定在& plusmn1毫米以内。

(2)防止中间包液面结壳的精细操作，具体为:渣层控制& le100毫米；钢水液面高时不要长时间停留；从第5炉钢开始，每浇一次钢，在塞棒周围加2 ~ 5袋稻壳；检查各炉钢包内结渣情况，如有抱棒迹象及时用氧气管破壳；减少塞棒和芯棒的冷却空气流量，减少塞棒和芯棒之间的温降。

(3)定期维护限位机构，确保其动作灵活，无卡阻现象。

2.5减少铸造速度的波动

拉速波动是影响夹渣的重要原因。在所有因夹渣和翘皮缺陷而降级的钢卷中，拉速波动的钢卷占14%。这是因为当铸造速度瞬间波动时& ge0.2 m/min时，结晶器液面波动较大，此时容易产生皮缺陷。此外，生产低碳低硅铝镇静钢时，拉速< 1.2 m/min，卷内小夹渣缺陷越来越多。这是因为，当保护渣在水口附近流动聚集时，如果拉速较低，在上游回流的剪切作用下，容易出现旋涡渣和回流渣[15，16，17]。因此，在生产过程中，一方面要控制恒定的铸造速度，尽量减少铸造速度的波动；另一方面，生产低碳低硅铝镇静钢时，拉速应控制在1.2 m/min以上。如果由于生产节奏，拉速必须小于1.2 m/min，则禁止生产酸洗板、汽车板等表面质量要求高的产品。

2.6选择性能合适的保护渣。

保护渣对夹渣缺陷的影响主要体现在三个方面:渣层的表面张力、粘度和厚度均匀性[18，19]。在相同的钢种和浇注温度下，钢水和熔渣的界面张力主要取决于保护渣的表面张力，即熔渣的表面张力越大，越不容易卷入钢水中。适当提高保护渣的粘度可以降低保护渣的流动性，减少卷渣；均匀的液渣层厚度也是减少结晶器卷渣的重要措施。汤和钢铁公司板坯连铸机中使用的保护渣成分如表1所示。

表1改进前后保护渣的成分

2.7喷嘴的合理浸入深度

汤和钢铁的生产实践表明，当水口浸入深度为80 ~ 150 mm时，浸入深度对夹渣率影响不大，夹渣率保持在2.0%以内。浸没深度

2.8合理的操作系统

加渣和捞渣操作不合理会导致卷夹渣和翘皮。因此，在实际操作中加入保护渣应遵循& ldquo多加，少加，两者都加& rdquo的原则。如果渣环的暴露高度& le20 mm，无渣；圆>:20 mm，用钻头将其折弯，然后加入新的保护渣。捞渣时动作要轻，防止渣环断裂，要捞出来。

汤和钢铁公司1700线1号连铸机不具备自动出渣功能，当手动出渣时，由于中间罐车的大量增加会引起结晶器液面波动。为了减缓或避免这种现象，提出了分步出渣线操作方法，如图5所示。比如第二条渣线启动时，计划从22 mm到46 mm启动渣线，此时采用分步操作方式。首先，渣线从22 mm开始到33 mm左右，保持3 ~ 10 min。结晶器内液位稳定后，渣线由33 mm启动至46 mm，以减少液位波动。

图5渣线操作优化前后的FDA曲线

3结论

汤和1700线卷的夹渣缺陷为黑线和粘皮，主要是连铸过程中结晶器内夹渣造成的。通过控制氩气压力为0.01~0.025 MPa，选择凹底喷嘴结构，控制喷嘴板尺寸精度为& plusmn0.5 mm以内，降低结晶器液面波动和拉速，稳定控制塞棒动作，控制浸入式水口插入深度为80 ~ 150 mm，优化加渣、捞渣操作，开启渣线等。1700线卷表面翘皮缺陷减少了70%，黑线夹渣缺陷减少了60%，夹渣率从4.9%下降到1.5%。配有酸洗板和汽车板。

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