重轨钢探伤不合的影响因素分析及控制.doc

中南十一省炼钢连铸学术年会重轨钢探伤不合的影响因素分析及控制陈光友，冯文圣，李小明，赵中福（武钢条材总厂一炼钢分厂, 湖北武汉, 430083）摘要：针对武钢重轨钢探伤不合的情况，找出其主要影响因素有RH炉调温块加入量、加料后循环时间、保护渣的性能和结晶器流场等，通过准确控制温度、减少调温块的加入量、保证循环时间、合理造渣、优化保护渣和结晶器流场、加强原料中S含量的控制等措施的实施，使得重轨钢探伤合格率显著提升。关键词：重轨钢；探伤；保护渣；结晶器The effect factor analysis and control of disqualification in flaw detection of heavy rail steelCHEN Guangyou, Feng Wensheng, LI Xiao Ming, ZHAO Zhongfu（No.1 Steelmaking Branch of General Wire Rod Mill, WISCO, Wuhan 430083, Hubei）Abstract: In view of disqualification in flaw detection of heavy rail steel. The main factors of addition of RH furnace thermostat block, cycle time after feeding, mold powder performance, flow field in the mould were found out. By controlling the steel temperature accurately, reducing the addition of RH furnace thermostat block, ensuring the cycle time, reasonable slagging, improving the performance of the mold power and flow field in the mould, enhancing the control of S content in raw materials. The qualifying rate in flaw detection of heavy rail steel improved significantly.Key words: heavy rail steel；flaw detection；mold powder；mould前言钢轨作为轨道结构的重要部件，其质量的优劣会直接影响到铁路的行车安全和钢轨的使用寿命，随着火车时速的不断增加，对重轨钢质量要求也越来越高1。重轨钢探伤不合，不仅影响了产品质量，使得重轨钢百米成材率大大降低，同时产生了大量废品，严重影响了企业的效益。针对武钢重轨钢探伤不合情况，对冶炼过程的各种因素进行了统计与分析，找出影响重轨钢探伤不合的各种因素，并制定了相应措施，使得探伤合格率得到明显提升。1 武钢重轨钢生产概况目前国内有攀钢、鞍钢、包钢和武钢四家钢厂生产重轨钢，其生产设备和技术水平均已达到了世界先进水平，均可生产350km/h乃至380km/h高速重轨。武钢重轨钢生产工艺流程为：铁水预处理120t顶底复吹转炉冶炼 LF炉精炼RH真空处理大方坯连铸缓冷大型轧钢厂，年生产能力可达110wt，实际生产约85wt。2010年1-6月，武钢重轨钢的探伤合格率为98.52%，其中6月份的探伤合格率更是低至96.87%，造成了大量废品。2 探伤不合的影响因素分析2.1 RH对探伤的影响RH真空处理具有脱气、脱C、均匀和调整钢液成分得功能，同时还是去除夹杂的最为有效方法之一，生产重轨钢必须得经过RH处理。针对6月份的探伤合格率较低，对6月份的RH炉调温块加入量及末次加料后循环时间与探伤的关系进行统计，结果如表1和表2所示。从统计结果中可以看出，RH炉调温块加入量及末次加料后循环时间对探伤的影响非常明显，随着调温块加入量的增加及末次加料后循环时间的不足，探伤合格率明显降低，主要是由于调温块的加入带来了夹杂物，在循环时间不足的情况下，夹杂物上浮不及时，极容易带到铸坯中而导致探伤不合。 图1 RH调温块加入量与探伤的关系 图2 末次加料后循环时间与探伤的关系2.3 连铸对探伤的影响对探伤不合的钢轨进行金相分析，发现除硅铝酸盐外，还有其它类型夹杂（见图3和图4）。其中图3为MnS夹杂，主要为中心偏析所致，因为铸坯中心不仅存在Mn的偏析，还有S等残余元素的偏析，所以很容易形成MnS夹杂2。图4的夹杂中含有Na元素，且其成分与保护渣非常类似，因此可以判定为结晶器卷渣所致3。导致结晶器卷渣的主要原因有保护渣性能不佳，从现场观察与统计发现，使用的保护渣及容易形成渣圈，容易卷渣，且液渣层较薄，渣耗较低，吸附夹杂能力较弱，使得夹杂物无法被保护渣吸附而形成探伤，另外，结晶器流场也存在不足，对卷渣和夹杂物的上浮都有重要影响，从而影响重轨钢铸坯的探伤合格率。 图3 超声波探伤不合试样金相分析（a） 图4 超声波探伤不合试样金相分析（b）3 控制措施3.1 炼钢过程控制1）提高LF炉精炼渣达标率，造渣使用合适碱度渣（R目标2.53.5），精炼时间保证40-60min（非工序时间），保证氩气吹入量，精炼后期不能裸吹暴露钢水；2）RH炉准确控制温度，调温块加入量严格控制在500kg以内，RH后不能裸吹暴露钢水；3）根据节奏制定LF炉到RH温度标准，LF炉按照标准控制温度，确保RH离站温度符合要求，防止温度低返LF炉重新加热，使钢水受污染；4）严格执行RH加料后循环时间12min的制度，以保证夹杂物的充分上浮。3.2 保护渣优化针对保护渣容易形成渣圈和渣耗量较低的情况，对保护渣进行了优化：减少了配碳数量，能加快保护渣融化速度，使得渣耗增加，同时增加配碳中碳黑比例，对控制渣圈形成有利；适当降低了保护渣的粘度、碱度和熔化温度，能增加保护渣液渣层厚度，同样对增加渣耗和减少渣圈的形成有利4。使用改进后的保护渣，保护渣液渣层厚度由原来的4.14.3mm增加到4.44.6mm，渣耗也由原来的0.32kg/t提高到了0.37kg/t，提高了15.6%，同时，渣圈也大为减少，即减少了卷渣，有提高了保护渣吸附夹杂的能力。表1 保护渣的主要成分和性能指标保护渣主要成分/%主要性能指标SiO2Al2O3CaOFMgONaOCR/PasTr/碳黑石墨调整前31.714.0023.094.412.559.163150.730.4141118调整后34.23.9824.793.743.559.85590.720.40911123.3 结晶器流场优化针对结晶器流场存在的不足，将浸入式水口由两孔改了四孔，不同水口的流场模拟结果如图5所示。通过模拟可以得出，使用两孔水口的冲击深度0.345m，而使用四孔水口的冲击深度为0.325m，由流场图也可以看出，使用四孔浸入式水口，钢液出水口的到达结晶器壁的冲击点明显高于两孔水口，由此可见，使用四孔水口可以明显减低钢液的冲击深度，有利于夹杂物的上浮和减轻铸流对坯壳的冲刷。从空间流线图中也可以看出，两孔水口钢液出水口后由于冲击深度较深，钢液冲击结晶器壁后较多的钢液沿着结晶器壁向下动，沿着结晶器壁上回流的钢液较少，而四孔水口中，钢液沿侧壁上回流的较两孔的多，上回流的钢液增多，可以加大保护渣与钢液的充分接触，充分发挥保护渣吸附夹杂的作用，从而使探伤不合的铸坯数量大大降低。 图5 不同水口对应流场中心截面图（从左至右依次为两孔流场图、四孔流场图、两孔空间流线图、四孔空间流线图）3.4 其它措施1）原料车间加强脱硫喷吹及扒渣的规范性操作，确保入炉S满足工艺要求，对于S0.05%的铁水不用于重轨钢的冶炼；2）浇铸过程中，保证中包满包浇注，中包吨位35t，以利于夹杂物的上浮；3）加强设备检查，保证电搅、轻压下、二冷系统正常，运行稳定，如有铸流电搅值、压力值、冷却水量波动超出5%，则该铸流停浇；4）提高自浇率，加强保护浇注，确保中包覆盖剂添及结晶器保护渣添加及时，控制钢中TO含量，保证TO20ppm。4 控制效果通过以上措施的实施，重轨钢的铸坯质量得到明显改善，探伤合格率显著提升（见表6），如今已能稳定控制在99.5%以上，大大降低了重轨钢的废品量和提高了百米重轨的成材率，对公司增效和提升形象起到了重要作用。图6 重轨钢探伤合格率统计5 结论1）RH炉调温块加入量及末次加料后循环时间对探伤的影响非常明显，随着调温块加入量的增加及末次加料后循环时间的不足，探伤合格率明显降低；2）保护渣性能和结晶器流场不佳不仅会导致卷渣而形成探伤，同时还会影响结晶器保护渣对钢液中夹杂物的吸附而使得探伤不合增多，MnS偏析夹杂也是导致重轨钢探伤不合的原因之一；3）通过准确控制温度、减少调温块的加入量、保证循环时间、合理造渣、优化保护渣和结晶器流场、加强原料中S含量的控制等措施的实施，重轨钢探伤合格率显著提升，如今已能稳定控制在99.5%以上。参考文献1 张大德, 陈永, 杨素波. 350kmh高速轨用钢冶金工艺技术研究