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1、連鑄坯氣泡缺陷的形成機理及其控制措施連鑄坯氣泡缺陷的形成機理及其控制措施簡龍王鵬孟憲娟孫艷霞（鞍鋼股份第三煉鋼連軋廠，遼寧鞍山114001）摘要摘要鑄坯內(nèi)產(chǎn)生針孔氣泡缺陷的原因是鋼液脫氧不良，產(chǎn)生大體積氣泡缺陷的原因是鑄機澆注過程中氬氣流量過高。針對所分析的結(jié)果在實際生產(chǎn)操作過程中采用了強化RH脫氧操作和延長RH凈循環(huán)時間；調(diào)整吹氬工藝、控制結(jié)晶器內(nèi)流場分布及合理的保護渣性能等措施，顯著降低了鑄坯中氣泡缺陷的比率。關鍵詞關鍵詞針孔氣泡，

2、保護渣，非金屬夾雜物，水口堵塞TheFmationMechanismControlMethodsonBubbleDefectsinSlabsJIANLongWANGPengMENGXianjuanSUNYanxia（No.3SteelMakingContinuousRollingPlantofAngangSteelCompanyLimited，Anshan114001LiaoningChina）AbstractThedefectsonp

3、inholebubblefmedinslabsresultfrombadnessdeoxidizationthedefectsonlargevolumebubblesfmedinslabsresultfromthehighfluxofargonduringcasting.AccdingastheresultofanalysestrengtheningdeoxidizationoperateprolongingcycletimeatRHa

4、djustingtheblowingargontechnicscontrollingthedistributionoffolwfieldinmoldadoptingappropriatemoldpowderduringcastingthemethodsevidentlyreducetherateofdefectsonbubbles.Keywdspinholebubble，moldpowderinclusionsclogging1、前言針

5、孔和氣泡是鑄坯上的常見缺陷，其在軋制成材后常常以表面重皮、翹皮或夾雜簇的形式存在。對于是冷軋板，在鋼卷退火后，在板卷表面或皮下被捕獲的氣泡被壓延形成氣室膨脹后產(chǎn)生鉛筆狀氣泡缺陷（pencialblister）[1][2]。氣泡如果在軋制過程中出現(xiàn)破裂，在冷軋板卷表面將形成條狀缺陷（Sliver），影響產(chǎn)品的外觀和使用[3]，如圖1所示。對于熱軋板卷，在加熱和軋制過程中，如果氣泡開裂暴露并氧化，則有可能形成熱軋卷的邊部飛翅或表面細小的細線

6、缺陷[4]。對于中、厚板，則依氣泡存在的形態(tài)和數(shù)量的不同，將使鋼板表面形成鼓包、雨點、和山水畫等缺陷[5]。氣泡的存在不僅降低了板卷的表面光潔度，另外氣泡在上浮過程中還要捕獲鋼液中的非金屬夾雜物[6]，因此氣泡存在的同時常常伴隨著夾雜物的存在，其被凝固坯殼捕獲后存在于板坯內(nèi)部將嚴重惡化鋼材的各項力學性能。許多文獻報導了鋼中的氣泡缺陷，把鑄坯中氣泡的成因主要歸結(jié)為鋼中的碳和氧反應所生成的CO氣體[1、5。79]，而由氬氣所產(chǎn)生氣泡的形成機

7、理報導的較少，在澆注過程中進行吹氬保護澆注是連續(xù)鑄鋼的基本操作，因此對鋼中氬氣泡的形成機理及其對鑄坯質(zhì)量進行深入的研究仍具有現(xiàn)實的意義。圖1冷軋帶鋼表面典型的長條缺陷冷軋帶鋼表面典型的長條缺陷圖2鑄坯中的針孔氣泡鑄坯中的針孔氣泡圖3鑄坯中的氣泡缺陷鑄坯中的氣泡缺陷圖4澆注過程中鋼水內(nèi)澆注過程中鋼水內(nèi)Als的損失情況的損失情況Fig.3ThebubbledefectsintheslabFig.4ThelossofAlsduringcast

8、ing針對體積較大的氣泡缺陷，其直徑可以達到6~8mm，如圖3，在對鑄坯進行扒皮處理過程中可以發(fā)現(xiàn)，對現(xiàn)場的工藝操作進行了排查，發(fā)現(xiàn)其發(fā)生的機率主要集中在冷軋鋼種快換水口的前后兩塊鑄坯。其形成原因主要是由于澆注的鋼水為低硅鋁鎮(zhèn)靜鋼，在澆注過程中易形成Al2O3夾雜物堵塞水口，在塞棒、上水口及板間采用了較高的氬氣量進行保護澆注，在進行快換水口操作時，鑄機的拉速下降到0.8mmin，在快換水口操作過程中關閉了塞棒，這使在快換水口的操作過程中

9、，經(jīng)過浸入式水口的鋼液流量相應減少和斷流，但向水口內(nèi)吹入的氬氣量沒有變化，造成吹入結(jié)晶器的氬氣量的體積相對要高得多；低吹氬量使鋼液在結(jié)晶器內(nèi)形成良好的雙回流形態(tài)，而高吹氬量將促使結(jié)晶器內(nèi)上回流區(qū)減少，甚至產(chǎn)生單回流流場[11]，氬氣泡(上浮的針孔氣泡)在鋼液中的排除經(jīng)歷了以下四個階段，首先其在鋼液內(nèi)上浮，在吸附夾雜物的同時不斷碰撞和長大；然后達到鋼液與保護渣熔渣層的液——液界面，在界面要有一定的停留時間，氣泡與熔渣層之間的金屬膜逐漸排除

10、，當氣泡上浮慣性力大于其表面力時則氣泡發(fā)生破裂，氣泡發(fā)生破裂的臨界直徑為：??213123152.062??????????????????????gmDcritgCd其中CD為阻力系數(shù)，σm為氣泡的表面張力。氣泡在鋼渣界面破裂的過程中，產(chǎn)生了氣體、金屬液和保護渣的乳化作用，使熔渣卷入鋼液，是產(chǎn)生卷渣的主要因素之一[12][13]；對于ASP工藝，為了減少結(jié)晶器卷渣現(xiàn)象，在澆注低碳類鋼種時采用了高粘度的保護渣。隨保護渣粘度的增加，增加了

11、鋼渣界面的表面張力，促使氣泡的臨界直徑增加，延長了氣泡或夾雜物在渣、鋼界面的停留時間，增加了氣泡或夾雜物排除的阻力，同時也加強了氣、鋼液和渣的乳化作用，不利于氣泡的排除[12]，造成大量的氬氣泡在鋼渣界面上集聚長大。隨著拉速的下降，鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)的停留時間延長，坯殼受到的冷卻強度增加，促使了低碳鋼種在彎月面處的鐮刀彎（hook）的形成與長大，氣泡被彎月面處的鐮刀彎捕獲的機率增加，形成較大體積的皮下氣泡缺陷。4、氣泡缺陷的防止針對針孔氣泡

12、的形成原因，強化精煉對鋼液的脫氧操作，僅考慮鋼液中的殘Als量來保證鋼液的鎮(zhèn)靜是不夠的，對于在RH工位進行大幅度升溫或采用第二次補加Al調(diào)整成份的操作時，在RH精煉爐的鋼水凈循環(huán)時間由原來的5分鐘延長為8分鐘，保證鋼水內(nèi)脫氧反應趨于平衡和夾雜物上浮充分，為鑄機在澆注過程中采用較小的氬氣量操作創(chuàng)造條件。氬氣流量較高，浸入式水口的壽命增加，但隨之而來的是鋼中的氣泡缺陷量增加，同時氬氣將粘附在水口上的Al2O3等夾雜物吹落后進入結(jié)晶器內(nèi)，也污

13、染了鋼液，惡化鋼質(zhì)，造成冷軋夾雜缺陷。在鋼液凈化的基礎上，調(diào)整了連鑄吹氬工藝，減少塞棒、上水口和板間氬氣的吹入量及背壓；在快換水口操作過程中，隨著鑄機拉速的降低或提高，相應同步降低或提高吹入塞棒和中間包上水口的氬氣量。由于進入結(jié)晶器內(nèi)鋼液的沖擊力受中間包內(nèi)鋼水靜壓力影響，在連連澆操作過程中塞棒經(jīng)常要發(fā)生波動，因此嚴格控制澆注過程中間包內(nèi)鋼液的重量，保證其大于40噸，合理的中間包內(nèi)鋼水的高度可以有效地穩(wěn)定結(jié)晶器內(nèi)的流場分布。對結(jié)晶器保護渣

14、成份進行調(diào)整，使其粘度合理，在1300℃時其粘度在2~3泊左右，并增強其保溫性能。采取以上的措施之后冷軋產(chǎn)品的長條狀（sliver）缺陷由缺陷發(fā)生率3.21%下降到目前的1.48%，效果及效益較明顯。5、結(jié)論在鑄坯內(nèi)部出現(xiàn)的針孔氣泡主要是鋼液的脫氧和保護澆注不良造成，隨鑄坯內(nèi)液態(tài)鋼液溫度的降低和鋼液凝固時產(chǎn)生的偏析，鋼液中[C][O]積逐漸增加，達到平衡時要有一個過程，因此通常針孔氣泡缺陷發(fā)生在鑄坯的內(nèi)部，只有脫氧嚴重不良的鋼液才有可能