带直立段弧形连铸机铸坯内弧夹杂物的聚集

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1995.05.002 第17卷第5期 北京科技大学学报 Vol.17 No.5 199510 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct1995 带直立段弧形连铸机铸坯内弧夹杂物的聚集 吴冬梅刘新华蔡开科安连志 北京科技大学冶金系，北京00083 摘要对在线硫印检测中发现带直立段的弧形连铸机内弧侧出现夹杂物集聚的铸坯进行了系统的 检验，对夹杂物的数量、组成、类型、分布进了分析.内弧侧集聚的夹杂物主要来源于浸入式水 口中的堵塞物，它们被卷入到液相穴的深处而未能上浮，被凝固前沿捕捉所致·文中还提出了相 应的解决措施， 关键词连铸板坏，夹杂物，结晶器 中图分类号T℉777.1 Non-Metallic Inclusions Accumulation in the Slab Inner-Side for Vertical Bending Caster Wu Dongmei Liu Xinhua Cai Kaike An Lianchi Department of Metallurgy.USTB.Beijing 100083,PRC ABSTRACT Non-metallic inclusions accumulated in the inner-side of slab for verti- cal bending caster were obserbed by on-line sulphur-print examination.The quantity or distribution and composition of inclusions is examined for such slab.It is concluled that the non-metallic inclusions accumulated in the inner-side of slab came from the blockage matrix of the immersion nozzle,which was entrapped into the liquid pool. Some improvements to avoid the includions accumulation are also presented. KEY WORDS continuous casting slab,inclusions,caster 传统的弧形连铸机距铸坯内弧侧约1/4处有一个夹杂物集聚带，这是弧形连铸机的缺 陷，采用直结晶器带直立段的弧形连铸机可促进液相穴内夹杂物的集聚.它被某厂的这种类 型连铸机（直立段2.55）生产的铸坯现场采样分析的结果证实·然而，在钢包·中间包散 开浇铸铝镇静钢的条件下，硫印检验发现有的铸坯内弧侧也存在夹杂物集聚的异常现象， 本文的目的是分析铸坯内弧侧集聚夹杂物的性质和夹杂物集聚产生的原因及相应的解决办法， 1 实验方法 (I)取样方法横向切取铸坯样，沿每块铸坯宽度的1/2和1/4处切取两条试样，分别 1994-10-20收稿 第一作者女24岁顾士

第 17 卷 第 5 期 北 京 科 技 大 学 学 报 l 姚年 10 月 Jo u m a l o f U n i v e rs i t y o f S d e n ce a n d Te c h n o l o g y B e ij i n g V ol . 17 N o . 5 O CL I竺浏巧 带直立 段弧形 连铸机铸坯 内弧夹杂物的 聚集 吴 冬梅 刘 新 华 蔡开 科 安 连志 北 京科技大学 冶金 系 , 北 京 1《众 )83 摘 要 对在线硫 印检测 中发现带直立 段的 弧 形 连铸机内弧 侧出 现夹杂物集聚的铸坯 进行 了系统的 检 验 , 对夹杂物的数量 、 组成 、 类型 、 分布进了 分析 . 内弧侧集 聚的 夹杂物主要来源 于 浸 人式水 口 中的堵 塞物 , 它们被卷人 到液相 穴 的深 处而未能上 浮 , 被凝 固前沿捕捉所致 . 文 中还提出了相 应的解决 措施 . 关键词 连铸板坯 , 夹杂物 , 结晶器 中图分类号 开7 7 . 1 N On 一 M e at ll i c I cn l us i o m A c u 江lu l a t i o n of r Ve irt ca l B e dn ign i n t he S l a b I n n e r 一 S id e C a s te r W “ Don 卯 e i L i u iX n h u a aC f U S T B , 凡王i k e A n L i口n : h i D e P a r t m e n t o f M e t a l l u r g y , B e ij i n g 10 0 0 8 3 , P R C A B S T R A C T N o n 一 m e t a lli e i n c l u s i o n s a e c u m u l a t e d i n t h e i n n e r 一 s i d e o f s l a b fo r v e r t i - e a l b e n d i n g e a s t e r w e r e o b s e r b e d b y o n 一 li n e s u l P h u r 一 P r i n t e x a m i n a t i o n . T h e q u a n t it y o r d i s t r ib u t i o n a n d e o m P o s it i o n o f i n c l u s i o n s 1 5 e x a m i n e d fo r s u c h s l a b . I t 1 5 c o n e l u l e d t h a t t h e n o n 一 m e t a lli e I n e l u s i o n s a e e u m u l a t e d i n t h e i n n e r 一 s i d e o f s l a b c a r o e fr o m t h e b l o c k a g e m a t r i x o f t h e i r n r n e r s i o n n o z z l e , w h i c h w a s e n t r a P P e d i n t o t h e liq u id P o o l . S o m e im P r o v e me n t s t o a v o id t h e i n e l u d i o n s a c c u m u l a t i o n a r e a l s o P r e s e n t e d . K E Y W O R D S c o n t i n u o u s e a s t i n g s l a b , i n e l u s i o n s , c a s t e r 传统 的弧形 连 铸机 距 铸 坯 内弧 侧 约 1/ 4 处 有 一 个夹 杂 物 集 聚带 , 这 是 弧形 连 铸 机 的缺 陷 . 采 用 直结 晶器 带直 立段 的 弧形连铸 机 可促进 液相 穴 内夹杂 物 的集 聚 . 它 被某 厂的这 种类 型连铸 机 (直立 段 .2 5 m ) 生产 的铸坯 现 场采样 分析 的结 果证 实 . 然而 , 在 钢包~ 中间包敞 开浇铸 铝 镇静钢 的 条 件 下 , 硫 印检 验 发 现 有 的 铸 坯 内弧 侧 也 存 在 夹 杂 物 集 聚 的异 常现 象 . 本文 的 目的是分 析铸坯 内弧侧集聚夹杂物的性 质和夹杂 物集聚产 生 的原 因及相 应 的解 决办法 . 1 实验方 法 ( l) 取 样方 法 横 向切取 铸坯样 , 沿 每块 铸坯 宽 度 的 1/ 2 和 1/ 4 处 切 取两条 试样 , 分别 1男礴一 10 一 20 收 稿 第 一 作 者 女 24 岁 硕 士 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1995. 05. 002

第 17 卷 第 5期 北 京 科 技 大 学 学 报 l姚年 10 月 oJ u m a l o f U n i v e sr i ty o f S d e n ec a n d Te c h n o l o g y B e ij i n g V ol . 17 N o . 5 O CL I竺浏巧 带直立 段弧形 连铸机铸坯 内弧夹杂物的 聚集 吴 冬梅 刘 新 华 蔡开 科 安 连志 北 京科技大学 冶金 系 , 北 京 1《众 )83 摘 要 对在线硫 印检测 中发现带直立 段的 弧 形 连铸机内弧 侧出 现夹杂物集聚的铸坯 进行 了系统的 检 验 , 对夹杂物的数量 、 组成 、 类型 、 分布进了 分析 . 内弧侧集 聚的 夹杂物主要来源 于 浸 人式水 口 中的堵 塞物 , 它们被卷人 到液相 穴 的深 处而未能上 浮 , 被凝 固前沿捕捉所致 . 文 中还提出了相 应的解决 措施 . 关键词 连铸板坯 , 夹杂物 , 结晶器 中图分类号 开7 7 . 1 N On 一 M e at ll i c I cn l us i o m A c u 江lu l a t i o n of r Ve irt ca l B e dn ign i n t he S l a b I n n e r 一 S id e C a s te r W “ Don 卯 e i L i u iX n h u a aC f U S T B , 凡王i k e A n L i口n : h i D e P a r t m e n t o f M e t a l l u r g y , B e ij i n g 10 0 0 8 3 , P R C A B S T R A C T N o n 一 m e t a lli e i n c l u s i o n s a e c u m u l a t e d i n t h e i n n e r 一 s i d e o f s l a b fo r v e r t i - e a l b e n d i n g e a s t e r w e r e o b s e r b e d b y o n 一 li n e s u l P h u r 一 P r i n t e x a m i n a t i o n . T h e q u a n t it y o r d i s t r ib u t i o n a n d e o m P o s it i o n o f i n c l u s i o n s 1 5 e x a m i n e d fo r s u c h s l a b . I t 1 5 c o n e l u l e d t h a t t h e n o n 一 m e t a lli e I n e l u s i o n s a e e u m u l a t e d i n t h e i n n e r 一 s i d e o f s l a b c a r o e fr o m t h e b l o c k a g e m a t r i x o f t h e i r n r n e r s i o n n o z z l e , w h i c h w a s e n t r a P P e d i n t o t h e liq u id P o o l . S o m e im P r o v e me n t s t o a v o id t h e i n e l u d i o n s a c c u m u l a t i o n a r e a l s o P r e s e n t e d . K E Y W O R D S c o n t i n u o u s e a s t i n g s l a b , i n e l u s i o n s , c a s t e r 传统 的弧形 连 铸机 距 铸 坯 内弧 侧 约 1/ 4 处 有 一 个夹 杂 物 集 聚带 , 这 是 弧形 连 铸 机 的缺 陷 . 采 用 直结 晶器 带直 立段 的 弧形连铸 机 可促进 液相 穴 内夹杂 物 的集 聚 . 它 被某 厂的这 种类 型连铸 机 (直立 段 .2 5 m ) 生产 的铸坯 现 场采样 分析 的结 果证 实 . 然而 , 在 钢包~ 中间包敞 开浇铸 铝 镇静钢 的 条 件 下 , 硫 印检 验 发 现 有 的 铸 坯 内弧 侧 也 存 在 夹 杂 物 集 聚 的异 常现 象 . 本文 的 目的是分 析铸坯 内弧侧集聚夹杂物的性 质和夹杂 物集聚产 生 的原 因及相 应 的解 决办法 . 1 实验方 法 ( l) 取 样方 法 横 向切取 铸坯样 , 沿 每块 铸坯 宽 度 的 1/ 2 和 1/ 4 处 切 取两条 试样 , 分别 1男礴一 10 一 20 收 稿 第 一 作 者 女 24 岁 硕 士

Vol.17 No.5 吴冬梅等：带直立段孤形连铸机铸坯内弧夹杂物的聚集 ,409. 清洁度统计，其结果如图3所示. 4 日3 0 30 60 90 120150 180 210 240 内 板坯厚度/mm 图2实验室硫印法板还厚度方向夹杂物的分布 40 30 ← 20 9 30 60 90120150 180 210 240 外 内 铸坯厚度/mm 图3金相法铸还厚度方向夹杂物的分布 由图3可知、用金相法统计结果与疏印法基本一致，均表现为离内弧侧45~75m处 有夹杂物集聚. 2.3浸入式水口堵塞物的分析 (1)残余水口横断面切取试样，可明显区分为3层：原砖层：②过渡层：水口内壁 与水口堵塞物之间有明显的缝隙，缝隙是由金属或烧结颗粒将水口内壁和堵塞物烧结在一 起的，水口内壁看不出明显的反应层：③堵塞物层为白色粉末，十分松软、其内有直径大 小不等的铁珠，堵塞物厚度约为1lmm· (2)堵塞物的化学成分及组成，用扫描电镜分析，可知堵塞物主要成分为高熔点的A1,O 刮取一些堵塞物粉末做X-衍射分析，由衍射强度可知，堵塞物组成有CO·6A1,O,和

VO I . 17 N 0 . 5 吴 冬 梅等 : 带直立 段 弧 形 连铸机 铸坯 内弧夹杂物 的聚 集 4的 清 洁 度统计 , 其结 果如 图 3 所 示 . 入/ - 一 7 一 \ O O 了\ 才 / 刊.口日 ù,0- · 袱戏尔极川令、 9 0 120 150 板坯厚 度 / 功 m 180 2 10 240 外 n 户 一 八U O ó,, 内0 图 2 实验室硫 印法板坯厚度方 向夹杂物的分布 / 乙关1 人 阿 - 一 V 21已u · 令、-橄娜钱袱 图 3 金相 法 铸坯 厚度方向夹杂物的分布 由图 3 可 知 , 用 金相 法 统 计结 果 与 硫 印法基 本一 致 , 均表 现 为离 内弧 侧 45 一 75 n 卫 刀 处 有 夹 杂物集 聚 . .2 3 浸入式 水 口 堵 塞物 的分 析 ( l) 残余 水 口 横断 面切 取 试样 , 可 明 显区 分 为 3 层 : 公 原砖层 ; ② 过渡层 : 水 口 内壁 与水 口堵塞物之 间有明显 的缝 隙 . 缝 隙是 由金属 或烧结颗粒 将水 口 内壁 和堵 塞物烧结在 一 起 的 , 水 口 内壁 看不 出明显 的 反 应层 ; ③ 堵 塞物 层 为 白色 粉 末 , 十分 松 软 , 其 内有 直 径 大 小 不等 的铁 珠 , 堵 塞物 厚 度约 为 1 ~ . ( 2) 堵 塞物 的化 学成 分 及 组 成 . 用 扫描 电镜分 析 , 可 知堵塞物主要 成分为高熔点的 lA 户 .3 刮 取一 些堵 塞物 粉末做 X 一 衍射分 析 , 由衍 射 强度 可知 , 堵塞 物组 成有 C a O · 6 lA p : 和

…410* 北京科技大学学报 1995年No.5 a一A1,O,但主要组成为x-A1,O, (3)堵塞物与铸坯内弧侧夹杂物成分比较，用扫描电镜分析铸坯内弧的群落状或鲕 状夹杂物和水口堵塞物成分，如表1所示. 表1堵塞物和夹杂物成分比较/% 名称 Al,O, SiO,S EFeO Na;O Cr,O,ZrO, MnO 堵塞物 92.26 3.650.03 3.540.16 0 0.62 0 鲕状夹杂物 90.93 2.240.743.920 0 0.38 0 由上表可知， 二者成分非常接近.可以初步确定铸坯内弧侧大型夹杂物集聚是由于 浸人式水口堵塞物被注流冲下，在凝固前沿被钢水捕捉，集聚在铸坯内孤侧所致· 3结果讨论 3.1注流冲击深度 铸坯内弧侧夹杂物集聚是与注流在液相穴内冲击深度有关的，而注流冲击深度的计算 公式为： logH=0.462 log Vc-Vs Vo 1+sine W -0.397 2 900 (I) 式中：H-注流冲击深度，m;V。~水口出口速度，可按流量相等的原则计算，mmin: Vc-拉速，mmin;Vs-夹杂物上浮速度，由stocks公式计算，m/min:W-铸坏宽 度，m;0-水口向下倾角（°）. 某厂的连铸条件为：Vc=1.4mmin,0=15°，W=1300mm;若直径为1004m的夹杂 物被注流带下，其上浮速度V、=2.28mmin,以上数据代入(I)式，得H=2.96m.当夹杂物 直径为1504m时，H=3.37m也就是说H为2.96~3.37m.大于直立段2.55m可能发生 夹杂物集聚. 32捕捉夹杂物时凝固厚度 夹杂物开始集聚的位置是在注流冲击结晶器窄面，这是流股拐弯时产生的低速流动区· 假定凝固前沿开始捕捉夹杂物时刻的厚度为凝固厚度、则由平方根定律求凝固厚度： e=Kt=K(H/1 (2) 若H=(d+W)/2tg0,K=28mm·min,'=1.4mmin.得e=14.77mm.由图2可知距 内弧约15mm处，开始有夹杂物集聚，该值与计算中的夹杂物开始集聚的凝固厚度e值是一致的. 此外，由图2可知，凝固前沿开始捕捉夹杂物的厚度（相当于该时刻的凝壳厚度） e=15mm,计算得H=0.42mm;夹杂物集聚峰值在距内弧表面50~75mm之间，在e=60mm 时，则H=2.95m.上述计算表明，离结晶器弯月面以下0.42m处开始有夹杂物被凝固前沿捕 捉，流股冲击深度在2.95m左右，夹杂物集聚达到最大值. 至此，可以认为铸坯内弧侧夹杂物偶然集聚的原因：由于浸入式水口内壁A1,O,堵塞 物被注流冲下进入结晶器液相穴而未能全部上浮：2水口注流冲击深度大于直立段2.55m

· 4 1 0 一 北 京 科 技 大 学 学 报 19 9 5年 N o . 5 : 一 Al p 3 , 但 主要 组 成 为 : 一 lA p ’3 ( 3) 堵 塞 物 与 铸坯 内 弧 侧夹杂 物 成分 比较 . 用 扫 描 电 镜 分 析铸 坯 内 弧 的 群 落 状 或 鲡 状 夹杂 物 和 水 口 堵 塞 物 成 分 , 如 表 1 所 示 . 表 1 堵塞物和夹杂物成分 比较 / % 名 称 1A 2 O 3 5 10 2 5 艺F e O N a Z o C r ZO 3 z r O Z M n O 堵 塞物 9 2 . 26 3 . 6 5 0 . 03 3 . 54 0 . 16 0 0 . 62 0 鲡状夹杂物 9 0 . 9 3 2 . 24 0 . 7 4 3月2 0 0 0 . 38 0 由上 表 可 知 , 二 者 成 分 非 常 接 近 . 可 以 初 步 确 定 铸 坯 内弧侧 大 型 夹 杂 物 集 聚 是 由于 浸 人 式 水 口 堵塞 物 被 注 流 冲 下 , 在 凝 固前 沿 被 钢 水 捕 捉 , 集 聚在 铸坯 内弧 侧所 致 . 3 . 1 结 果讨论 注 流 冲 击深度 铸坯 内弧 侧夹杂 物集 聚是 与注 流在液相 穴 内冲击深 度有 关 的 , 而 注 流 冲 击 深 度 的 计 算 公式 为 [ ’ :] ` 。 g H 一 O · ` 6 2 `。 g ( Vo l + 5 1 , 1 () 岭 一 峡 2 命 ! 一 0 · 3 9 7 ( ` , 式 中 : H 一 注 流 冲 击 深 度 , m ; 气一 水 口 出 口 速 度 , 可 按 流 量 相 等 的 原 则 计 算 , m /m i n ; V C 一 拉 速 , m /m in ; V s 一 夹 杂 物 上 浮 速 度 , 由 s t o ck s 公 式 计 算 , m /m i n ; W 一 铸 坯 宽 度 , m ; 0 一 水 口 向下 倾角 ( 。 ) . 某厂 的 连 铸条 件 为 : Vc = 1 . 4 m 八而n , 0 二 15 。 , W 二 1 30 ~ ; 若 直 径 为 10 0 拜m 的 夹 杂 物 被 注流 带下 , 其上 浮 速度 峡= .2 28 m /njI n , 以 上数 据代 人 (l ) 式 , 得 H = .2 % m . 当夹 杂 物 直 径 为 1 50 拜m 时 , H = .3 37 m . 也就是 说 H 为 .2 % 一 3 . 37 m , 大 于 直 立 段 2 . 55 m 可 能 发 生 夹 杂 物集 聚 . .3 2 捕捉夹杂物 时凝 固厚度 夹杂 物开 始集 聚 的位 置是 在 注流冲击 结 晶器窄 面 , 这是 流股 拐 弯 时 产 生 的 低速 流动 区 . 假 定凝 固前 沿 开 始捕 捉夹杂物 时 刻的厚度 为凝 固厚 度 , 则 由平方根 定 律求凝 固厚 度 。 : e = K t ’ _ 2 = K ( H / I今 ’ ` 2 (2 ) 若 H 二 (d 十 哟 / Z gt 口 , K 二 28 ~ · 而 n 一 ’ ` 2 , I ’ 一 1 . 4 m ,im n , 得 。 = 14 . 7 ~ . 由图 2 可 知 距 内弧约 巧 ~ 处 , 开始有夹杂物集 聚 , 该值 与计算 中的夹杂物开 始集 聚的凝 固 厚度 e 值 是一 致的 . 此外 , 由 图 2 可 知 , 凝 固 前 沿 开 始 捕 捉 夹 杂 物 的 厚 度 (相 当于 该 时 刻 的 凝 壳 厚 度 ) e = 巧 n m l , 计算得 H 二 0 .4 2 n l n ; 夹杂物集聚峰值在距 内弧表ilJ 50 一 7 5 111111 之 间 , 在 e = 60 nlI 时 , 则 H = .2 9 5 m . 上 述计算 表 明 , 离结 晶器 弯 月 面 以 下 0 4 2 m 处 开始有夹 杂物被凝 固前沿 捕 捉 , 流股冲 击深 度 在 .2 95 m 左右 , 夹 杂物集 聚达 到最 大 值 . 至此 可 以 认 为铸 坯 内弧侧 夹杂 物偶 然集 聚 的原 因: 卫 由于浸 入式 水 口 内壁 lA p : 堵 塞 物被注流 冲下进 入结 晶器液 相穴 而 未 能 全部 上浮 ; 、 犷 水 口 注 流 冲 击 深 度 大于直 立段 2 . 5 m

Vol.17 No.5 吴冬梅等：带直立段弧形连铸机铸坯内弧夹杂物的聚集 411. 所致， 为了解决俦坯内弧侧夹杂物偶然集聚，建议采取以下措施：①工艺上全程保护浇注以 提高钢水清洁度；②浸入式水口与滑动水口要垂直布直，应避免滞流区的形成，防止夹杂 物沉积在水口内壁上；③结晶器采用电磁制动技术，以降低流股冲击深度，利于夹杂物上 浮· 4结论 (1)铸坯内弧侧集聚的夹杂物主要是高熔点的A1,O,和钙铝酸盐.鲕状A1,O,是内弧侧 所特有的，和浸人式水口的白色堵塞物粉末成分相近，说明水口内侧沉积物被钢流冲下，在 液相穴内来不及上浮造成铸坯内弧侧夹杂物集聚· (2)由于注流冲击深度可达2.96~3.37m,超出了铸机设计直立段高度2.55m,结果造 成偶然性铸坯内弧夹杂物集聚现象· (3)采用全程无氧化浇注，减少钢液中的氧化物夹杂；采用结晶器电磁制动技术，减少 钢液冲击深度，可以减轻铸坯内弧夹杂物偶然集聚· 参考文献 1垣生泰弘，造块工程#与心二连铸工程二书竹石钢中大型非金属介在物)低减法二关寸石研究：[学位 论文」.东京：日本东京大学，昭和52.120

Vo l . 17 N o . 5 吴 冬梅等 : 带直立 段弧 形连铸机铸坯 内弧夹杂物的聚集 · 4 1 · 所致 . 为了解 决铸坯 内弧 侧夹 杂物偶 然集聚 , 建议 采 取 以 下 措 施 : ① 工 艺 上全 程 保护 浇 注 以 提高钢 水清洁度; ② 浸人 式水 口 与滑 动水 口 要 垂直 布 直 , 应 避 免 滞流 区 的形 成 , 防 止 夹杂 物沉积 在水 口 内壁 上 ; ③ 结 晶器采用 电磁 制 动技术 , 以 降 低 流 股 冲击 深 度 , 利 于 夹杂 物上 浮 . 4 结 论 ( l) 铸坯 内弧侧集聚 的夹杂物 主要 是 高熔 点 的 lA 户 3 和 钙 铝 酸 盐 . 鲡状 lA p 3 是 内 弧 侧 所 特 有 的 , 和浸人 式水 口 的 白色堵 塞物 粉末 成分 相近 , 说明水 口 内侧沉积 物被钢 流冲下 , 在 液 相 穴 内来不及上 浮造 成铸坯 内弧侧夹杂物 集聚 . ( 2) 由于注 流冲击 深度 可达 .2 % 一 .3 37 nI, 超 出了铸 机 设 计直 立 段 高度 .2 5 m, 结 果 造 成偶 然性 铸坯 内弧夹杂物集 聚现 象 . ( 3) 采 用全 程无 氧化浇 注 , 减 少钢 液 中的 氧化物 夹杂 ; 采 用结 晶器 电磁制 动技术 , 减 少 钢 液冲 击深 度 , 可 以减 轻铸坯 内弧夹杂 物偶 然集 聚 . 参 考 文 献 垣生泰弘 . 造块工 程 仓 巧 叮 `二 连铸工 程 `二 打 `少石 钢 中大型非金属介在物。 低减法`二 关寸 吞 研究 : ! 学位 论文 ] . 东京 : 日本东京大学 , 昭 和 52 . 1 20