目前，中厚板應用較廣泛，高層建筑、碼頭起重設備、船舶、海上石油平臺等項目均有應用，國內(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)過程中，各鋼鐵企業(yè)都遇到了各種鋼板內(nèi)部質(zhì)量問題，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，均會嚴重影響板材效益。大量研究表明，板材內(nèi)部質(zhì)量問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)量合格率是改進板材質(zhì)量、提升板材效益的關鍵。

1、生產(chǎn)現(xiàn)狀

九江萍鋼鋼鐵有限公司九江煉鋼廠（簡稱：九鋼）目前擁有一臺年產(chǎn)量150萬噸的單流弧形連鑄機，鑄機配備二冷區(qū)電磁攪拌、動態(tài)輕壓下、二冷區(qū)動態(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。九鋼板坯連鑄機設備參數(shù)見表1。

2016年，九鋼中厚板在生產(chǎn)過程中，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)量問題增加了板材生產(chǎn)成本，降低了板材產(chǎn)量與市場占有率。

2、板材缺陷原因分析

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

為進一步確定造成板材質(zhì)量問題的原因，煉鋼廠協(xié)同檢測部對板材缺陷部位取樣進行金相分析。結果表明，板材質(zhì)量缺陷是由于在厚度中部存在嚴重的成分偏析，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)量問題的根源是鑄坯內(nèi)部存在嚴重的中間裂紋、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內(nèi)運動，運動過程中鑄坯凝固前沿會承受較多的拉應變，如鼓肚應變、矯直應變、支撐輥不對中應變、熱應變等，當應變超過某一臨界值即臨界應變或拉應力超過鋼在凝固溫度附近的強度時，裂紋就會在凝固前沿形成并擴展。有學者通過數(shù)學模型計算得出，沿鑄機長度鼓肚應變占統(tǒng)治地位（0.2%-0.6%），矯直應變較?。ㄐ∮?.2%），支撐輥不對中應變達0.2%-0.4%。扇形段輥縫和弧度控制精度對鑄坯鼓肚量和支撐輥不對中量有決定性影響，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的精度要求，由±0.5mm提高到±0.3mm。

2）通過對扇形段離線修復區(qū)精細化管理，提高對中臺水平度、接觸面與墊片清潔度，提高了修復質(zhì)量。

3）停機過程中對在線的扇形段測輥縫，對輥縫控制系統(tǒng)進行重新標定，最大化消除鑄機機械間隙，將位移傳感器示數(shù)與輥縫儀測量值的差值作為輥縫補償值，以消除鑄機本體的機械間隙，并重復此步驟直至差值在0-0.1mm范圍內(nèi)則標定完成。

4）停機過程中對扇形段框架上積壓的氧化鐵皮進行清理，并對每個扇形段地腳螺栓進行緊固。

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)部總應變大于臨界應變，當臨界應變值越小，則鑄坯內(nèi)部裂紋敏感性越強。臨界應變值與鋼成分密切相關。對此，九鋼對目前生產(chǎn)的鋼種成分標準進行了優(yōu)化，即將碳含量由0.17%-0.21%優(yōu)化為0.14%-0.18%，錳含量在原來的基礎上上調(diào)0.1%，并通過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破壞鋼機體連續(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，對鋼中硅元素含量進行了優(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)定氬站硬吹時間不低于4min，促進脫氧合金化材料快速均勻溶解，促進初生的大顆粒夾雜物上浮；出LF爐后，軟吹時間不低于8min，促進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

鋼水凝固過程中，由于選分結晶形成了鑄坯化學成分的不均勻性，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。九鋼對目前生產(chǎn)鋼種碳含量進行了優(yōu)化，即由0.17%-0.21%優(yōu)化為0.14%-0.18%，并通過加強對轉(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段的最后一根輥子，電流大小為250-280A，生產(chǎn)過程中鑄坯等軸晶比率約為30%，中心偏析在C1.0及以上所占比率達到20%，可見在原工藝參數(shù)下，電磁攪拌冶金效果不佳。針對此現(xiàn)狀，煉鋼廠對電流大小進行了優(yōu)化嘗試，電流依次按以下順序進行生產(chǎn)試驗：280A→300A→320A→350A→380A→400A→450A，并取低倍試樣進行對比。結果表明，電流增大，鑄坯內(nèi)部質(zhì)量有一定好轉(zhuǎn)，當電流達到400A再往上增加時，效果不明顯且電流較大時，不僅負偏析明顯，也會加快電磁線圈的損壞。在增大電流效果不理想的情況下，隨即組織進行改變電磁攪拌輥位置的試驗，即將電磁攪拌輥由2段末下移至3段末。結果表明，電磁攪拌輥安裝在3段末，電流大小在320A時，鑄坯等軸晶比率能達到45%以上，中心偏析基本不超過C0.5級，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晶器后受到的冷卻，鑄坯內(nèi)部質(zhì)量主要在二冷區(qū)進行控制，二冷區(qū)冷卻均勻性與各區(qū)域冷卻制度，對鑄坯中心偏析有較大影響。2016年9月，對二冷噴嘴進行詳細檢查時發(fā)現(xiàn)，平均每個澆次噴嘴堵塞數(shù)量達到35個，個別澆次超過50個，嚴重影響了二冷區(qū)冷卻的均勻性。通過跟蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，二冷濁環(huán)水水質(zhì)是導致噴嘴大面積堵塞的根本原因，通過對二冷水處理核心設備化學除油器進行改造，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個左右，同時加強了停機過程中，對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)偏析嚴重現(xiàn)象較頻繁，通過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。通過對現(xiàn)場情況分析發(fā)現(xiàn)，二冷噴嘴布置方式與各區(qū)域給水方式導致了鑄坯中部冷卻較邊部強，在鑄坯中心區(qū)域完全凝固時，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，這是導致1/4處偏析嚴重的主要原因。對此，煉鋼廠對二冷區(qū)目標溫度和邊部噴嘴型號進行了優(yōu)化，目的是適當提高冷卻強度，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，達到改善鑄坯中心偏析的目的。

3.2.4 過熱度與恒拉速控制

鋼水過熱度是控制鑄坯中心等軸晶區(qū)的主要措施。低過熱度時，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?？梢姡瑢嵤┑瓦^熱度澆鑄是改善鑄坯中心偏析的重要手段。通過實施穩(wěn)定轉(zhuǎn)爐吹煉操作工藝，提高出鋼溫度命中率；加強鋼包烘烤，使鋼包上線溫度達到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；強化鋼包與中間包保溫工作等措施，目前中間包過熱度穩(wěn)定在18-25℃的爐次占90%以上。

通過實施上述一系列穩(wěn)定溫度的措施，目前恒拉速合格率已達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，通過凝固定律計算得出，三角區(qū)裂紋開始形成的位置在距結晶器彎月面以下0.92-1.52m范圍內(nèi)，處在結晶器出口至足輥位置?？梢?，改善板坯三角區(qū)裂紋，需從結晶器和足輥兩方面著手。

3.3.1 結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，九鋼對結晶器水流量進行了優(yōu)化，適當增加了窄側(cè)水流量，使窄側(cè)熱流密度為寬面熱流密度的0.8左右。結晶器冷卻增強后，為防止鑄坯出結晶器后，足輥冷卻弱導致坯殼回溫產(chǎn)生鼓肚，對窄側(cè)足輥噴嘴型號進行了優(yōu)化，以達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，同時加強了對離線處足輥噴嘴的對中與堵塞處理工作，確保足輥處冷卻的均勻性。

3.3.2 結晶器錐度調(diào)整

結晶器錐度儀主要是改善結晶器傳熱，減小氣隙熱阻。結晶器錐度較小時，結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，九鋼將板坯結晶器錐度由0.98%調(diào)整為1.01%，改善了結晶器下口處坯殼傳熱。

4、改善效果

通過開展板坯內(nèi)部質(zhì)量改善實踐，目前，板坯中間裂紋和夾雜在0.5級及以下的比率達到97%，中心偏析在C0.5級及以下所占比率達到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。