钢中夹杂物去除与控制 刘金刚 刘浏 （钢铁研究总院冶金工艺研究所，北京100081） 摘要：通过对钢包—中间包—结晶器中不同环节中的去除夹杂物的不同手段进行综合分析，得到各环节中间包均应保护浇注和防止卷渣卷气，中间包应具有合理的结构（上下挡墙、湍流抑制器、旋涡抑制器）以得到合理的流场；利用钢包注流的剪切破碎作用在中间包中生成的小气泡、中间包气幕挡墙和电磁搅拌离心流动可以有效去除钢水中夹杂物；电磁制动技术日趋成熟但其能耗较大，因此可以发展低能耗的中间包真空浇注对结晶器液面波动进行抑制。电磁搅拌和电磁连铸有利于改善铸坯的内部质量和防止振痕的产生。 关键词：中间包 夹杂物 去除 控制

Inclusions Removal and Control in the Steel Melt Liu Jingang Liu Liu (CISRI, Beijing 100081) Abstract: Through synthetic analysis of various methods to remove inclusions during ladle-tundish-mold processes, it was found that using protective casting, avoiding gas and slag wrapping are important measures for clean steel production. The structure of the tundish should be reasonable, (dam, weir; turbulence inhibitor; vertex inhibitor) in order to get a preferred flow pattern. It could also utilize the shear flow from ladle to tundish to form small gas bubbles, utilize gas bubble curtain and electromagnetic stirring caused centrifugal flow to remove inclusions from steel melt. Electromagnetic braking technology is gradually raped but it was very energy consumed, thus it could develop low energy consumption vacuum tundish casting technology to control the fluctuation of melt surface in mold. Electromagnetic stirring is good for improving inner quality of slab and preventing the oscillation marks formation. Keywords: tundish, inclusion, remove, control

二○○三年我国钢产量已达到2.7亿吨，但由于质量问题一些高品质钢材仍需进口，这已经成为我国钢铁工业发展的障碍，影响我国钢铁产品走向世界。钢质量问题也已经成为我国由钢铁大国转变为钢铁强国的限制性环节，因此提高钢质量以增强国内钢铁企业的竞争力十分重要。提高钢质量重点是提高钢的洁净度、对钢中夹杂物进行严格控制。

1钢水脱氧与保护浇注 钢中夹杂物可分为内生和外来夹杂物，内生夹杂物主要是脱氧和合金化元素与溶解在钢液中的氧以及硫、氮的反应产物所形成的夹杂物。外来夹杂物是钢液与空气、耐火材料、炉渣及保护渣相互作用的产物以及机械卷入钢中的各种氧化物[1]。因此提高钢质量必须通过控

制内生夹杂物和减小外来夹杂物两个方面进行控制。 1.1钢水脱氧 钢中内生夹杂物大部分可以（约90%）去除，而没有来得及去除的夹杂物被滞留在钢坯中[2]；而钢中内生夹杂物量与钢液中的全氧含量成正比关系，因此对钢水进行深脱氧可以

有效减小钢中夹杂物。 在对钢水进行脱氧时仅采用一种脱氧剂或仅采用弱复合脱氧剂无法达到要求，如锰、硅复合脱氧可将钢水中的T[O]降到30ppm~50ppm，而铝具有很强的脱氧能力，因此一般采用锰、硅预脱氧然后进行铝强化脱氧，这样可将氧含量降到10ppm以下[3]，但采用铝脱氧后容

易形成簇状氧化铝夹杂，因此应该采取措施对其进行去除和控制，如利用钙、钙合金及其他合金脱氧[4~6]改善脱氧效果并实现夹杂物变性处理，尽量减小脱氧产物的危害。

1.2保护浇注与防止卷渣 通过保护浇注防止钢液二次氧化、钢水卷渣等措施可以减小钢中外来夹杂物，尤其是可以减少对钢质量有严重危害的大型夹杂物。

1.2.1无氧化烘烤与电磁感应加热 为降低中间包耐火材料损耗，改进钢质量，国外有些钢厂已采用热中间包交换技术。采用陶瓷蓄热体换热器，向中间包喷入加热至1500℃的氮气流，使中间包经过很长时间仍保持高温。结果表明：与使用密封气体等待较长时间的情况相比，降低了总氧量，提高了钢水的清洁度，有研究证明对T [O]<10ppm的高洁净钢增加高频感应加热的功率仍能降低钢中夹杂物，同时中间包加热有利于防止浸入水口堵塞[7，8]。

1.2.2保护浇注与防止卷渣 二次氧化是污染钢液的重要原因。钢水精炼后到连铸过程中的钢水裸露和卷渣均会造成二次氧化，形成夹杂物。钢液经过精炼后由于[O]、[N]含量比空气中的O2、N2的平衡值低得

多，且钢中的[O]、[S]等都是强表面活性元素，因此钢液很容易发生二次氧化。渣中的易还原氧化物FeO和MnO也易造成钢液的二次氧化。因此必须采取进行保护浇注防止钢水的二次氧化。 由于钢包—中间包—结晶器各阶段卷渣所形成的大型夹杂物对钢质量有严重危害，因此必须防止卷渣。二次氧化和卷渣形成夹杂原因与防止措施如表1所示。 表1钢液二次氧化与卷渣形成夹杂原因与防止措施 Table1 Reasons for slag wrapping, secondary oxidation and prevention methods 夹杂来源 夹杂形成原因 防止措施 下渣检测 钢包出流水口旋涡卷渣 防止钢包汇流旋涡

注流冲击中间包液面造成钢渣界面的剪切力和表面波动 注流引起的液—液射流

中间包流场控制如使用湍流抑制器[9, 10] 中间包大型化 长水口或套管保护浇注

卷渣

中间包水口卷渣 防止中间包汇流旋涡 钢包到中间包注流二次氧化 钢包注流保护浇注 中间包到结晶器注流二次氧化中间包注流保护浇注 中间包裸露钢液面二次氧化 中间包覆盖剂（上层为炭化稻壳下层为液体渣如铝酸钙渣系）钢包注流吸气 中间包流场控制如使用湍流抑制器 二次氧化

中间包水口吸气 防止中间包汇流旋涡 2中间包内夹杂物去除与控制 2.1中间包结构对夹杂物去除的控制 中间包控流元件（如上下挡墙、湍流抑制器等）的设置对包内非金属夹杂物上浮及均匀钢水温度、成分起着至关重要的作用。国内外许多冶金工作者[11-15]为强化中间包冶金作用建

立了许多中间包流场模型，但其对于满足当前生产高质量钢种要求是否具有实际意义尚无定论，因此本研究在对湍流抑制器的作用进行了深入研究的同时，对比了四组条件下测得的RTD曲线和中间包去夹杂量综合评价中间包内流体的流动特性[16，17]，实验结果如表2所示。

表2 不同中间包结构停留时间及去除夹杂物实验结果对比分析 Table 2 Experimental results comparison for the effect of structures of tundish on staying time and inclusion removing 中间包结构 TminTpeakTeCpeakτ TaθavVpRp/dRpm/d夹杂比例，%

无控流方式 12 50 340627.6740.210.090.110.27 6.0 单独使用湍流抑制器 19 51 5337630.8900.260.100.140.37 5.3 单独使用上、下挡墙 56 100 6804613.21580.460.230.420.84 1.3 挡墙与湍流抑制器组合 43 120 616458.41350.390.240.400.66 2.5 由表2对比分析可知： 1）无控流条件下，参数τ、Rp/d和Rpm/d在各条件中均最小分别为7.63、0.11和0.27，夹

杂比例为6%，是所测结果中最大值之一，因此无控流结构中间包是不合理的结构。 2）单独使用湍流抑制器时，参数τ、Rp/d和Rpm/d分别为30.8、0.15和0.37，夹杂比例为

5.3%，与无控流条件相比Rp/d增大，Rpm/d也增大，这说明使用湍流抑制器对改变流场有一定

的作用，但作用较小。 3）单独使用上、下挡墙时，参数τ、Rp/d和Rpm/d分别为13.2、0.42和0.84，夹杂比例为

1.3%，与单独使用湍流抑制器相比效果分别改善了233.3%、300%、227%和408%，Rp/d和

Rpm/d都有很大改善，因此使用上、下挡墙对改善中间包流场有很好的作用。

4）当湍流抑制器与挡墙组合使用时，参数τ、Rp/d和Rpm/d分别为8.4、0.40和0.66，夹杂

比例为2.5%，与单独使用湍流抑制器相比分别改善了367%、286%、178%和461%，与单独使用上、下挡墙相比参数τ有较大改善，而Rpm/d有所减小，夹杂比例有所增大，因此在有

挡墙的中间包中使用湍流抑制器对流场的整体改善效果不显著。

2.2中间包内钢液卷渣及其控制 在开浇、换包和异钢种连浇等非稳态浇注下的中间包来说钢液卷渣仍然是一个影响钢液质量的严重问题，因此必须对其加以抑制[18]，影响中间包钢液卷渣及主要控制措施如表1

所示。在卷渣中对钢液质量构成直接危害的是中间包出口汇流旋涡所造成的卷渣影响[19]，

钢铁研究总院研究得到通过减小中间包水口直径、使用塞棒和适当减小拉速等对中间包的结构参数和操作工艺参数进行优化可以在一定程度上减轻汇流旋涡的影响，同时研制成功了汇流旋涡抑制器，在全无控流条件中间包中和某钢厂现行条件中间包（具有上、下挡墙与塞棒）中其抑制汇流旋涡效果如图1所示[20]。