张爱民　李建民　杨宪礼 关凤纯　蔡开科 (济南钢铁集团总公司) (北京科技大学)摘　要　结合济钢实际生产,通过在炼钢和连铸过程的各个阶段加入不同的示踪剂及其成分含量变化情况,系统分析与深入研究了连铸坯中夹杂物的来源、大小和分布规律。

关键词　示踪剂　夹杂物　连铸坯STUDY ON BEHAVIORS OF INCLUSION DURING SLAB C ASTINGZHANG Aimin　LI Jianmin　YANG Xianli(Jinan Iron and Steel Gro up Co.)GUAN Feng chun　CAI Kaike(U niversity of Science and Technolog y Beijing)ABSTRACT　In this paper,by adding different tr acer elements into slag and ladle and tundish lining,the inclusions so urce,size and distribution w ere studied.KEY WORDS　tracer element,inclusion,CC slab1　前言夹杂物的来源是一个十分复杂的过程,在炼钢生产过程中,如何防止钢水污染,消除铸坯缺陷,减少连铸坯中的夹杂物含量,提高铸坯质量一直是冶金工作者研究的课题。

本研究摸清了济钢现行板坯生产工艺条件下,从转炉→吹氩站→中间包→结晶器→铸坯全过程中夹杂物的水平及其演变规律,以确定钢中夹杂物水平在国内所处的档次。

同时,采取了有针对性的改进措施和对策,以达到提高连铸坯清洁度水平的目的。

2　试验方法采用示踪剂跟踪夹杂物的具体来源,在转炉出钢过程中,在钢包中配入渣量10%的CeO2,在中间包覆盖剂中配入渣量8%的Pr6O11,在钢包耐火材料中配入6%的La2O3,在中间包涂料中配入8%的ZrO2。

通过以上4种示踪剂,跟踪钢包渣、钢包耐火材料、中间包覆盖剂和中间包涂料对铸坯中夹杂物的贡献。

根据夹杂物中的Na和K的含量来判定结晶器保护渣对夹杂物的影响。

对进行示踪试验的钢种Q235B分别在转炉、吹氩站、中间包、结晶器、铸坯等部位进行取样,使用低倍、化学、金相和电子探针等多种分析手段来进行检测分析。

试验过程中的具体工艺参数为,在25t氧气顶吹转炉冶炼,试验钢种为Q235B,采用双挡渣出钢。

出钢时采用向钢包中加入高碳Mn-Fe240kg/炉, Si-Fe100kg/炉和Si-Al-Ba30kg/炉的脱氧合金化工艺。

钢包容量为40t,钢包渣层厚度平均为55 m m,水口为高铝质。

中间包为矩形结构,容量12t,表观停留时钢水液面不能低于700m m,包内无挡墙。

连铸机结晶器为弧型结构,长度784mm,平均浇注速度为0.95m/min,板坯截面尺寸为200mm×1250mm。

整个示踪试验共连续取样20炉,所有数据均为检测结果的算术平均值。

3　检测结果与讨论3.1　吹氩对钢水清洁度的影响经过钢包吹氩,钢水中的T[O]、显微夹杂和大颗粒夹杂物变化情况如表1所示。

由表1可见,吹氩使得T[O]、显微夹杂和大颗粒夹杂物都有不同程度的降低。

由此可见,保持良好的吹氩操作工艺,对去除钢中夹杂物尤其是大颗粒夹杂物非常显著。

y　联系人:张爱民,工程师,济南(250101)济南钢铁集团总公司技术中心表1　钢包吹氩对钢中夹杂物的影响T able1　Effect of inclusion on L D-ladle A r injection 项目 吹氩前吹氩后去除率/%T[O]/10-6322.00284.0011.80显微夹杂物/个・mm-231.8321.9131.17大颗粒夹杂物/mg・(10kg)-1995.33307.7269.083.2　浇注过程中的下渣和卷渣在浇注过程中,钢包渣、中间包覆盖剂和结晶器保护渣中示踪剂成分的平均含量变化如表2所示。

由表2可见,中间包覆盖剂和结晶器保护渣中均发现有CeO2和Pr6O11,这说明钢包渣下到中间包覆盖剂,中间包覆盖剂下到结晶器保护渣,从而引起中间包和连铸坯中夹杂物的增加。

表2　浇注过程中各阶段示踪剂的化学成分变化T able2　Change o f chemical com po sitio nin casting%项目CeO2La2O3Pr6O11ZrO2吹氩前10.00———吹氩后9.930.0261——中间包渣 6.920.0312 1.49000.1403结晶器渣0.200.00210.01760.02363.3　中间包钢水的纯净度变化中间包冶金的一个重要作用就是去除钢中的夹杂物,这是一个十分复杂的过程。

浇注过程中的中间包钢水纯净度如表3所示。

由表3可知,中间包钢水与T[O]、显微夹杂物和大颗粒夹杂物都有较大程度的降低。

其中,直径大于50L m的大颗粒夹杂物去除率高达58.13%。

表3　中间包钢水纯净度的变化T able3　Chang e of mo lten steel pur ity in tundish项目吹氩后中间包去除率/%T[O]/10-6284.00171.6239.57显微夹杂/个・mm-221.9115.0931.13大颗粒夹杂/mg・(10kg)-1307.72128.8558.13利用电子探针对中间包大颗粒夹杂物进行分析,发现夹杂物中不同程度地含有CeO2、Pr6O11、La2O3和Zr O2,说明有钢包、中间包渣和包衬侵蚀物卷入钢水。

3.4　浇注过程中夹杂物的形态与含量变化通过大样电解、定量金相和扫描电镜测试手段,对浇注过程中夹杂物的形态与含量变化进行分析。

浇注各阶段钢中电解夹杂的含量变化如图1所示。

由图1可见对于大于50L m的夹杂,在钢包吹氩前→吹氩后→中间包→铸坯的全过程是依次减少的。

对大样电解后的大颗粒夹杂物进行电子探针分析发现,在钢包的球形和块状的硅酸盐夹杂中,含有CeO2和La2O3;在中间包的球形和块状的硅酸盐夹杂中,含有CeO2、La2O3、Pr6O11和ZrO2;在连铸坯中硅酸盐及少量的铝酸盐和硫化物夹杂物中,含有CeO2、La2O3、Pr6O11、ZrO2、Na2O和K2O。

图1　浇注过程中钢中电解夹杂含量的变化F ig.1　V ar iation of electr olytic inclusions in casting利用金相分析方法,对夹杂物在吹氩前后、中间包和连铸坯的形貌变化观测结果表明,夹杂物的外形主要为球形和块状的硅酸盐、锰硅酸盐及铝酸盐。

按照由内弧位置1至外弧位置10的顺序,对连铸坯中不同位置的夹杂物总量进行统计,结果如图2所示。

由图2发现夹杂物总量的峰值出现在铸坯厚度内弧1/4区域,这说明有夹杂物的富集区域。

硫印图片的检测结果也说明了这一点,中心偏析和针孔状气泡也是夹杂物的富集区。

图2　连铸坯夹杂物含量由内弧至外弧的分布F ig.2　D istr ibut ion o f inclusions in sla b3.5　夹杂物的来源分析3.5.1　中间包中夹杂物的来源如何进一步降低各个生产环节中的吸氧与二次氧化,乃至进一步降低铸坯中[O],是保证铸坯清洁度的关键。

中间包中显微夹杂主要是SiO2系和SiO2-M nO系夹杂,电子探针分析表明CeO2含量占第11期 张爱民等:连铸板坯中夹杂物的行为研究0.99%,说明显微夹杂中有钢包渣卷入。

同时,在夹杂物中发现有La2O3、Pr6O11和ZrO2。

从发现示踪剂的情况来看,中间包中的SiO2-M nO-FeO系夹杂物、SiO2-MnO-Al2O3系夹杂物、SiO2-CaO-FeO系夹杂物来源于转炉渣、中间包保护渣、钢包到中间包的空气二次氧化、包衬侵蚀物以及脱氧产物。

由此可见,中间包钢水夹杂物是外来夹杂物与脱氧产物的复杂氧化物系。

中间包夹杂物中示踪元素的平均成分为(%): CeO20.29,La2O30.116,Pr6O110.33,ZrO20.80。

根据钢包渣、钢包衬、中间包渣和中间包衬中示踪元素含量,计算出中间包夹杂物中该示踪剂元素所带入比例(%):CeO22.9,La2O31.3,Pr6O1122.2,ZrO2 8.1,合计为34.5%,也就是说,中间包外来夹杂物占夹杂物总量的34.5%。

3.5.2　连铸坯中夹杂物的来源连铸坯中显微夹杂主要是SiO2系、SiO2-M nO 系和SiO2-M nO-Al2O3系夹杂,电子探针分析表明CeO2含量为0.008%～0.330%,说明显微夹杂中有钢包渣卷入。

同时,在夹杂物中发现有La2O3、Pr6O11、K2O、Na2O和ZrO2。

从发现示踪剂的情况来看,连铸坯中这类夹杂物来源于转炉渣、钢包渣、中间包保护渣、结晶器保护渣、钢包到中间包的空气二次氧化、包衬侵蚀物以及脱氧产物。

根据钢包渣、钢包衬、中间包渣和中间包衬中示踪元素含量,可以估算出铸坯中外来夹杂物中该示踪剂元素所带入比例(%):CeO21.4,La2O31.8,Pr6O1116.8,ZrO24.1, (K2O+Na2O)17.5,合计为41.6%,也就是说,连铸坯中外来夹杂物占夹杂物总量的41.6%。

示踪剂的研究结果表明钢包渣、中间包渣和结晶器渣卷入并凝固在铸坯中,中间包渣出现的几率为钢包渣出现的几率的10～12倍;并且结晶器渣出现的几率为钢包渣出现的几率的10～14倍。

示踪剂研究结果还表明,钢包衬和中间包衬的侵蚀物卷入,也是铸坯中夹杂物的来源之一,所占份额约5%。

4　结语(1)本研究通过在炼钢和连铸过程的各个阶段加入不同的示踪剂及其成分含量变化情况,摸清了连铸坯中夹杂物的来源、大小和分布规律。

(2)良好的吹氩操作工艺,对去除钢中夹杂物尤其是大颗粒夹杂物是非常显著的。

在浇注过程中,钢包和中间包衬受到熔损的侵蚀物不同程度地进入渣相。

(3)示踪剂研究结果表明,中间包外来夹杂物占夹杂物总量的34.5%,连铸坯中外来夹杂物占夹杂物总量的41.6%。

同时,钢包衬和中间包衬的侵蚀物卷入,也是铸坯中夹杂物的来源之一,所占份额约5%。

(上接第15页)20%,氧射流对熔池的搅拌能量增加20%～30%,熔池混匀时间缩短10s,射流对熔池的穿透深度增加6%～8%。

(3)在提高供氧强度时,对输氧管道压力损失要进行实测,合理设计氧枪、喷头。

氧枪冷却水系统、氧枪提升机构、烟气净化系统的能力都应与高效吹炼相适应。

(4)提高供氧强度可以加快炼钢过程的氧化速度,熔池脱碳速度平均达到0.41%/min,熔池升温速度平均35℃/m in。

成渣速度加快,吹炼终点时脱磷、脱硫反应偏离平衡的程度分别降低25%和20%。

缩短吹炼时间减少热损失相当于钢水升温8℃,有利于提高炉龄。