目前，中厚板應(yīng)用較廣泛，高層建筑、碼頭起重設(shè)備、船舶、海上石油平臺(tái)等項(xiàng)目均有應(yīng)用，國(guó)內(nèi)諸多大型鋼鐵企業(yè)都保有一定數(shù)量的中厚板產(chǎn)量。在中厚板生產(chǎn)過(guò)程中，各鋼鐵企業(yè)都遇到了各種鋼板內(nèi)部質(zhì)量問(wèn)題，如：板材分層、板材內(nèi)部裂紋夾雜、板材拉伸試樣延伸率不合等，均會(huì)嚴(yán)重影響板材效益。大量研究表明，板材內(nèi)部質(zhì)量問(wèn)題根源在于連鑄坯內(nèi)部存在質(zhì)量缺陷，因此，改善板坯內(nèi)部質(zhì)量、提高鑄坯質(zhì)量合格率是改進(jìn)板材質(zhì)量、提升板材效益的關(guān)鍵。

1、生產(chǎn)現(xiàn)狀

九江萍鋼鋼鐵有限公司九江煉鋼廠（簡(jiǎn)稱：九鋼）目前擁有一臺(tái)年產(chǎn)量150萬(wàn)噸的單流弧形連鑄機(jī)，鑄機(jī)配備二冷區(qū)電磁攪拌、動(dòng)態(tài)輕壓下、二冷區(qū)動(dòng)態(tài)配水等系統(tǒng)，鑄坯常規(guī)斷面厚度為170mm和250mm，寬度為1900mm和2100mm。九鋼板坯連鑄機(jī)設(shè)備參數(shù)見表1。

2016年，九鋼中厚板在生產(chǎn)過(guò)程中，出現(xiàn)了大量質(zhì)量不合格品，質(zhì)量缺陷類型主要為板材分層缺陷、延伸率彎曲不合格造成物理性能不合格缺陷。板材質(zhì)量問(wèn)題增加了板材生產(chǎn)成本，降低了板材產(chǎn)量與市場(chǎng)占有率。

2、板材缺陷原因分析

板材發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題后，煉鋼廠及時(shí)對(duì)該時(shí)間段的鑄坯低倍質(zhì)量進(jìn)行了跟蹤，發(fā)現(xiàn)鑄坯內(nèi)部均存在三種缺陷：中間裂紋較嚴(yán)重，中心偏析明顯，鑄坯兩側(cè)均存在三角區(qū)裂紋。

為進(jìn)一步確定造成板材質(zhì)量問(wèn)題的原因，煉鋼廠協(xié)同檢測(cè)部對(duì)板材缺陷部位取樣進(jìn)行金相分析。結(jié)果表明，板材質(zhì)量缺陷是由于在厚度中部存在嚴(yán)重的成分偏析，以及偏析帶分布的M硬相組織、微裂紋。由此可見，造成板材質(zhì)量問(wèn)題的根源是鑄坯內(nèi)部存在嚴(yán)重的中間裂紋、成分偏析和鑄坯兩側(cè)存在三角區(qū)裂紋。為此，九鋼從設(shè)備和工藝兩方面，開展了改善板坯內(nèi)部裂紋和偏析的工作，取得了較好效果。

3、板坯內(nèi)部質(zhì)量改善實(shí)踐

3.1 中間裂紋

3.1.1 扇形段輥縫和弧度精度控制

帶有液芯的鑄坯以一定的速度在鑄機(jī)內(nèi)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中鑄坯凝固前沿會(huì)承受較多的拉應(yīng)變，如鼓肚應(yīng)變、矯直應(yīng)變、支撐輥不對(duì)中應(yīng)變、熱應(yīng)變等，當(dāng)應(yīng)變超過(guò)某一臨界值即臨界應(yīng)變或拉應(yīng)力超過(guò)鋼在凝固溫度附近的強(qiáng)度時(shí)，裂紋就會(huì)在凝固前沿形成并擴(kuò)展。有學(xué)者通過(guò)數(shù)學(xué)模型計(jì)算得出，沿鑄機(jī)長(zhǎng)度鼓肚應(yīng)變占統(tǒng)治地位（0.2%-0.6%），矯直應(yīng)變較?。ㄐ∮?.2%），支撐輥不對(duì)中應(yīng)變達(dá)0.2%-0.4%。扇形段輥縫和弧度控制精度對(duì)鑄坯鼓肚量和支撐輥不對(duì)中量有決定性影響，可見，提高扇形段輥縫和弧度控制精度是改善鑄坯中間裂紋的首要因素。為了提高輥縫和弧度控制精度，采取了以下措施：

1）提高離線扇形段修復(fù)的精度要求，由±0.5mm提高到±0.3mm。

2）通過(guò)對(duì)扇形段離線修復(fù)區(qū)精細(xì)化管理，提高對(duì)中臺(tái)水平度、接觸面與墊片清潔度，提高了修復(fù)質(zhì)量。

3）停機(jī)過(guò)程中對(duì)在線的扇形段測(cè)輥縫，對(duì)輥縫控制系統(tǒng)進(jìn)行重新標(biāo)定，最大化消除鑄機(jī)機(jī)械間隙，將位移傳感器示數(shù)與輥縫儀測(cè)量值的差值作為輥縫補(bǔ)償值，以消除鑄機(jī)本體的機(jī)械間隙，并重復(fù)此步驟直至差值在0-0.1mm范圍內(nèi)則標(biāo)定完成。

4）停機(jī)過(guò)程中對(duì)扇形段框架上積壓的氧化鐵皮進(jìn)行清理，并對(duì)每個(gè)扇形段地腳螺栓進(jìn)行緊固。

3.1.2 鋼水成分優(yōu)化與潔凈度控制

鑄坯內(nèi)部產(chǎn)生裂紋的直接原因是鑄坯內(nèi)部總應(yīng)變大于臨界應(yīng)變，當(dāng)臨界應(yīng)變值越小，則鑄坯內(nèi)部裂紋敏感性越強(qiáng)。臨界應(yīng)變值與鋼成分密切相關(guān)。對(duì)此，九鋼對(duì)目前生產(chǎn)的鋼種成分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了優(yōu)化，即將碳含量由0.17%-0.21%優(yōu)化為0.14%-0.18%，錳含量在原來(lái)的基礎(chǔ)上上調(diào)0.1%，并通過(guò)LF爐深脫硫處理，將硫含量控制在0.015%以下。

鋼中非金屬夾雜物會(huì)破壞鋼機(jī)體連續(xù)性和均勻性，成為內(nèi)裂紋的發(fā)源地，因此，提高鋼水潔凈度也是改善鑄坯中間裂紋的重要手段。九鋼生產(chǎn)的鋼種為硅鎮(zhèn)靜鋼，為了提高鋼水潔凈度，對(duì)鋼中硅元素含量進(jìn)行了優(yōu)化，即由0.10%-0.17%提高到0.17%-0.28%，降低了鋼中與硅平衡的氧含量，從而降低鋼中氧化物夾雜含量。同時(shí)規(guī)范了鋼包底吹氬氣的工藝操作制度，規(guī)定氬站硬吹時(shí)間不低于4min，促進(jìn)脫氧合金化材料快速均勻溶解，促進(jìn)初生的大顆粒夾雜物上??；出LF爐后，軟吹時(shí)間不低于8min，促進(jìn)夾雜物上浮并均勻成分及溫度。

3.2 中心偏析

3.2.1 鋼水成分控制

鋼水凝固過(guò)程中，由于選分結(jié)晶形成了鑄坯化學(xué)成分的不均勻性，鑄坯中心區(qū)域碳、硫、磷含量明顯高于邊緣其他部位。因此，降低鋼中易偏析元素含量是改善鑄坯中心偏析的首要考慮因素。九鋼對(duì)目前生產(chǎn)鋼種碳含量進(jìn)行了優(yōu)化，即由0.17%-0.21%優(yōu)化為0.14%-0.18%，并通過(guò)加強(qiáng)對(duì)轉(zhuǎn)爐造渣及溫度制度的控制，已將磷含量控制在0.025%以下，通過(guò)LF爐深脫硫處理，將硫含量控制在0.015%以下。鋼中碳、硫、磷含量的降低，減輕了成分偏析程度。

3.2.2 電磁攪拌工藝優(yōu)化

九鋼板坯配備有二冷區(qū)電磁攪拌，原安裝位置在2段的最后一根輥?zhàn)?，電流大小?50-280A，生產(chǎn)過(guò)程中鑄坯等軸晶比率約為30%，中心偏析在C1.0及以上所占比率達(dá)到20%，可見在原工藝參數(shù)下，電磁攪拌冶金效果不佳。針對(duì)此現(xiàn)狀，煉鋼廠對(duì)電流大小進(jìn)行了優(yōu)化嘗試，電流依次按以下順序進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)：280A→300A→320A→350A→380A→400A→450A，并取低倍試樣進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，電流增大，鑄坯內(nèi)部質(zhì)量有一定好轉(zhuǎn)，當(dāng)電流達(dá)到400A再往上增加時(shí)，效果不明顯且電流較大時(shí)，不僅負(fù)偏析明顯，也會(huì)加快電磁線圈的損壞。在增大電流效果不理想的情況下，隨即組織進(jìn)行改變電磁攪拌輥位置的試驗(yàn)，即將電磁攪拌輥由2段末下移至3段末。結(jié)果表明，電磁攪拌輥安裝在3段末，電流大小在320A時(shí)，鑄坯等軸晶比率能達(dá)到45%以上，中心偏析基本不超過(guò)C0.5級(jí)，冶金效果較好。

3.2.3 二冷區(qū)冷卻效果的改善

二次冷卻即鑄坯出結(jié)晶器后受到的冷卻，鑄坯內(nèi)部質(zhì)量主要在二冷區(qū)進(jìn)行控制，二冷區(qū)冷卻均勻性與各區(qū)域冷卻制度，對(duì)鑄坯中心偏析有較大影響。2016年9月，對(duì)二冷噴嘴進(jìn)行詳細(xì)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，平均每個(gè)澆次噴嘴堵塞數(shù)量達(dá)到35個(gè)，個(gè)別澆次超過(guò)50個(gè)，嚴(yán)重影響了二冷區(qū)冷卻的均勻性。通過(guò)跟蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，二冷濁環(huán)水水質(zhì)是導(dǎo)致噴嘴大面積堵塞的根本原因，通過(guò)對(duì)二冷水處理核心設(shè)備化學(xué)除油器進(jìn)行改造，并調(diào)整水處理藥劑量。目前，每澆次噴嘴堵塞數(shù)量已控制在15個(gè)左右，同時(shí)加強(qiáng)了停機(jī)過(guò)程中，對(duì)堵塞噴嘴的檢查與更換工作，目前二冷工況已得到明顯改善。

二冷工況改善后，鑄坯寬度1/2處偏析較輕微，但鑄坯寬度1/4位置處出現(xiàn)偏析嚴(yán)重現(xiàn)象較頻繁，通過(guò)嘗試改變電磁攪拌參數(shù)與輕壓下參數(shù)，未取得明顯效果。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況分析發(fā)現(xiàn)，二冷噴嘴布置方式與各區(qū)域給水方式導(dǎo)致了鑄坯中部冷卻較邊部強(qiáng)，在鑄坯中心區(qū)域完全凝固時(shí)，1/4處還存在一定量未凝固的液相，使凝固末端呈現(xiàn)“W”形，這是導(dǎo)致1/4處偏析嚴(yán)重的主要原因。對(duì)此，煉鋼廠對(duì)二冷區(qū)目標(biāo)溫度和邊部噴嘴型號(hào)進(jìn)行了優(yōu)化，目的是適當(dāng)提高冷卻強(qiáng)度，減小鑄坯橫向溫度梯度和鑄坯在弧形段鼓肚量，降低鑄坯在水平段的溫度回升，達(dá)到改善鑄坯中心偏析的目的。

3.2.4 過(guò)熱度與恒拉速控制

鋼水過(guò)熱度是控制鑄坯中心等軸晶區(qū)的主要措施。低過(guò)熱度時(shí)，中心等軸晶區(qū)寬，使溶質(zhì)元素分散在較寬范圍內(nèi)的枝晶之間，減輕中心元素的聚集，減少中心偏析?？梢?，實(shí)施低過(guò)熱度澆鑄是改善鑄坯中心偏析的重要手段。通過(guò)實(shí)施穩(wěn)定轉(zhuǎn)爐吹煉操作工藝，提高出鋼溫度命中率；加強(qiáng)鋼包烘烤，使鋼包上線溫度達(dá)到900℃，并加快鋼包周轉(zhuǎn)頻率，可減少鋼包溫降；規(guī)范鋼包底吹氬操作，穩(wěn)定吹氣溫降；強(qiáng)化鋼包與中間包保溫工作等措施，目前中間包過(guò)熱度穩(wěn)定在18-25℃的爐次占90%以上。

通過(guò)實(shí)施上述一系列穩(wěn)定溫度的措施，目前恒拉速合格率已達(dá)90%以上。

3.3 三角區(qū)裂紋

九鋼板坯三角區(qū)裂紋主要發(fā)生在三角區(qū)中心部位，距窄面30-40mm，通過(guò)凝固定律計(jì)算得出，三角區(qū)裂紋開始形成的位置在距結(jié)晶器彎月面以下0.92-1.52m范圍內(nèi)，處在結(jié)晶器出口至足輥位置?？梢?，改善板坯三角區(qū)裂紋，需從結(jié)晶器和足輥兩方面著手。

3.3.1 結(jié)晶器與足輥冷卻效果的改善

九鋼板坯三角區(qū)裂紋常伴有鑄坯窄側(cè)鼓肚現(xiàn)象，為此，九鋼對(duì)結(jié)晶器水流量進(jìn)行了優(yōu)化，適當(dāng)增加了窄側(cè)水流量，使窄側(cè)熱流密度為寬面熱流密度的0.8左右。結(jié)晶器冷卻增強(qiáng)后，為防止鑄坯出結(jié)晶器后，足輥冷卻弱導(dǎo)致坯殼回溫產(chǎn)生鼓肚，對(duì)窄側(cè)足輥噴嘴型號(hào)進(jìn)行了優(yōu)化，以達(dá)到增加足輥冷卻水流量的目的。

目前，足輥冷卻水已由70L/min增大到100L/min，同時(shí)加強(qiáng)了對(duì)離線處足輥噴嘴的對(duì)中與堵塞處理工作，確保足輥處冷卻的均勻性。

3.3.2 結(jié)晶器錐度調(diào)整

結(jié)晶器錐度儀主要是改善結(jié)晶器傳熱，減小氣隙熱阻。結(jié)晶器錐度較小時(shí)，結(jié)晶器下口處坯殼氣隙熱阻較大，坯殼易產(chǎn)生鼓肚，引起三角區(qū)裂紋。為此，九鋼將板坯結(jié)晶器錐度由0.98%調(diào)整為1.01%，改善了結(jié)晶器下口處坯殼傳熱。

4、改善效果

通過(guò)開展板坯內(nèi)部質(zhì)量改善實(shí)踐，目前，板坯中間裂紋和夾雜在0.5級(jí)及以下的比率達(dá)到97%，中心偏析在C0.5級(jí)及以下所占比率達(dá)到95%，三角區(qū)裂紋基本消失，疏松縮孔輕微，已不在可視范圍。板坯內(nèi)部缺陷所產(chǎn)生的非計(jì)劃板材的數(shù)量由2016年的0.78%下降到2017年的0.12%，呈明顯降低趨勢(shì)。