薄规格高品质汽车板交接坯降级策略的优化.docx

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1、近年来在汽车轻量化大趋势及成本控制的压力下，诸多车企将汽车板减薄至0.65mm左右后，加工制作冲压变形大部件时钢板冲压开裂缺陷（俗称“针眼”）显著增加，其主要发生于连铸交接坯轧制的钢板。对薄规格高品质汽车钢板冲压开裂问题开展了研究，通过采用扫描电镜和能谱分析分别对开裂缺陷部位进行高倍观察和成分分析，同时运用数值模拟方法研究了炉炉连浇过程接续炉次钢水进入中间包后的流动和混合特征。研究发现造成汽车板冲压开裂的夹杂物主要分为2类，一类为条、块状Ab3夹杂物，另一类为CaO-2ALO3、CaO6AI2O3类钙铝酸盐夹杂物。交接坯轧制的汽车板中Al2O3夹杂物和钙铝酸盐类夹杂物较正常坯多，主要原因为接续

2、炉次开浇时刻中间包内少量钢水裸露被氧化和少量覆盖渣混入钢液。开发了板坯连铸炉炉连浇过程交接坯长度预测模型，并通过对混浇过程产生的铸坯取样分析验证了模型的适用性。钢板轧制发生冲压开裂的交接坯主要是中间包出口处接续炉次钢水质量分数达到20%80%时间段内所浇铸形成的铸坯，采用“双挡墙+双挡坝”控流结构的中间包产生交接坯时间最短，为7.33mino根据以上研究结果进行了工业试验，并且对30个浇次的实际生产数据进行了跟踪和统计，按照之前的交接坯降级策略需要降级84块铸坯，通过策略优化，仅降级了38块铸坯，降级量由之前的41.38%减少至18.72%,而所生产薄规格汽车板的“针眼”状冲压开裂发生率没有增

3、加，仍保持在每万件2.5起以下的先进控制水平。1、关键词汽车板；针眼缺陷；非金属夹杂物；连铸交接坯；钢液混合2、引言近年来，随着车企出于汽车节能和降低制造成本的需要将很多部件用钢板厚度减薄，汽车板在冲压加工开裂的情况显著增加。如国内一些车企将乘用车车门、B柱、后备箱等部件用钢板减薄至0.65Innl后，其称为“针眼”状的冲压开裂缺陷发生率显著增加，而由连铸交接坯轧制的钢板在其中占很大比例。2021年某段时间邯钢生产的汽车板共发生针眼缺陷223次，其中炉次间交接坯（即第1块和第5块铸坯）的针眼状缺陷发生率最高，共计141次，占比达63.2虬若将这些交接坯进行降级处理，可以显著减少针眼状缺陷的发生

4、率。日本制铁、JFE等日本钢企生产汽车板，对炉炉连浇形成的交接坯采取降级策略。文献设计了洁净钢炼钢全流程的工业试验,通过评估钢液全氧、增氮、炉渣成分、铸坯检测和DTR产线等参数的变化,研究转炉工艺、钢包开浇、中间包控流装置、中间包覆盖剂和浸入式水口快换等工艺操作对钢液洁净度的影响。指出炉次间交接坯容易造成产品的质量缺陷，不能用于“洁净钢级别”的产品。文献重点介绍了日本近100年炼钢技术的发展历程。文中强调在炉机产能匹配的情况下，高拉速连铸应该采用单流铸机，从而减少炉炉间交接坯降级带来的降级损失。综上所述，国际先进钢铁企业对炉炉间交接坯都采取了降级的策略。然而，国内钢企在生产薄规格汽车板时，炉炉

5、间交接坯大多不进行降级。但随着汽车板减薄后冲压开裂问题的增多，国内钢企相继开始采取将连铸交接坯降级的控制策略，即将炉炉连浇过程上炉次浇铸的最后1块铸坯和接续炉次浇铸的第1块铸坯降级，然而仅此1项造成的铸坯降级率接近40%。由于汽车板减薄是今后发展趋势，预计会有更多汽车部件用钢板减薄至O.65mm及以下。如不能减少连铸交接坯降级量,将会大幅提升汽车板生产成本，造成极大的物料资源浪费。目前国内关于板坯连浇过程的研究主要集中在异钢种的混浇坯浇铸过程，主要采用物理试验、数值模拟和工业试验的方法分析不同钢种的钢液在中间包内的混浇过程。刘喜锚采用数值模拟和工业试验相结合的方法研究了控流装置对中间包钢水洁净

6、度的影响。郭春牧等建立三维模型计算了中间包及结晶器内钢液的流动和混合过程，绘制了中间包及结晶器出口处浓度分布曲线和中间包内钢液停留时间分布曲线。安航航等通过开展单流板坯连铸机中间包及结晶器内异钢种混浇过程的物理和数值模拟研究工作，并结合工业现场试验，分析了异钢种连浇过程中间包内剩余钢液质量及拉速对混浇坯长度及成分变化的影响规律。然而,对于相同钢种连浇过程中的炉炉间交接坯的研究工作很少。王新华团队通过对连铸开浇、终浇、炉炉间交换钢包、快速更换浸入式水口等非稳态阶段浇铸铸坯洁净度和夹杂物进行了分析研究，发现在各类非稳态铸坯中，开浇第1块铸坯的品质降低最为严重，其中来源于保护渣卷入形成的夹杂物数量炉

7、炉间交接坯多于正常坯。本文为了解决薄规格汽车板冲压开裂增多问题，对汽车板“针眼”状冲压开裂缺陷、造成冲压开裂缺陷的Al2O3类和钙铝酸盐类夹杂物的来源、炉炉连浇过程接续炉次钢水进入中间包后的流动和混合特征等方面开展了试验与数值模拟的研究，并据此研究结果提出了新的交接坯降级控制策略，将薄规格汽车板连铸交接坯降级量减少2以上，而汽车板“针眼”状冲压开裂发生率没有增加，仍保持在每万件2.5起以下的先进控制水平。3、精选图表钢液流速，(mJ)O0.050.100.150.200.250.300350.450.450.50(a)云图分布I(b)欠一分布图8浇铸过程中间包内钢液速度的分布接续炉次钢水质:量

8、分既先0IO2030405060708090100(a)t=lsi(b)f=25s;(c)t=100s(d)/=254s(e)z=700S图9接续炉次开浇不同时刻，钢水在中间包内的分布情况钢液流速/(msO0.050.100.150.200.250.300.350.400.450.50(a)双挡塔+双竹坝,(b)双挡墙+无竹坝,(C)无拦堵+双竹坝图11不同中间包控流结构下钢液的速度云图结论D随着汽车钢板厚度减薄，“针眼”状的冲压开裂缺陷发生率显著增加，其中主要为连铸交接坯轧制成的钢板。2)造成薄规格汽车板冲压开裂的主要是Al2O3夹杂物和CaO-2A12O3CaO-6Al203类钙铝酸盐夹杂物。3)通过开发板坯连铸炉炉连浇过程交接坯长度预测模型和对混浇坯取样分析的方法，验证了研究炉炉间连浇过程数学模型的适用性。4)采用“双挡墙+双挡坝”控流结构的中间包产生交接坯时间最短，为7.33min05)邯钢采取了全新连铸交接坯降级策略后，薄规格汽车板的交接坯降级量可以由41.38%减少至18.72%,同时“针眼”状冲压开裂仍保持在每万件2.5起以下的先进控制水平。