BOF-LF-CC生产SWRH82B硬线钢的洁净度研究

工程科学学报，第38卷，增刊1：160-168,2016年6月 Chinese Journal of Engineering,Vol.38,Suppl.1:160-168,June 2016 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2016.s1.027:http://journals.ustb.edu.cn BOF-LF-CC生产SWRH82B硬线钢的洁净度研究 张游游”，刘建华，苏晓峰”，崔衡》，张杰”，季益龙” 1)北京科技大学治金工程研究院，北京1000832)北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心，北京100083 ☒通信作者，Emai:liujianhua@metall.usth.edu.cm 摘要采用系统取样与实验室综合分析，对BOF-LFCC工艺生产的SWRH82B钢洁净度衍变规律进行研究.结果表明， 钙处理后钢中T[0)]和显微夹杂物数量显著下降，轻微增氮：浇铸过程增氧增氮严重：铸坯中<5μm显微夹杂占97%，主要是 棱角分明的纯A山，O,夹杂，球状复合氧化物与CaS和MnS的复合夹杂，简单氧化物或氮化物与MnS的复合夹杂：LF精炼后钙 处理，脱氧显著，但使得铸坯中出现很多A山O,硬性夹杂，对SWRH82B盘条质量造成严重的危害：中间包结构不合理，卷渣、 内衬侵蚀和二次氧化严重，连铸过程钢液洁净度下降. 关键词高碳钢：夹杂物：洁净度：卷渣：二次氧化：钙处理 分类号TF761.4 Cleanliness study of SWRH82B hard wire steel produced by BOF-LF-CC processes ZHANG You-you,LIU Jian-hua,SU Xiao-feng,CUl Heng?,ZHANG Jie,JI Yi-ong 1)Engineering Research Institute,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Collaborative Innovation Center of Steel Technology,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:liujianhua@metall.ustb.edu.cn ABSTRACT The cleanliness evolution of SWRH82B steel produced by the BOF-LF-CC process was studied by systematic sampling and lab comprehensive analysis.The results show that the content of oxygen and the number of micro-inclusions significantly decrease after calcium treatment,while the content of nitrogen in molten steel slightly increases.Both the contents of oxygen and nitrogen sharp- ly increase during the casting process.97%of the micro-inclusions in casting billets are smaller than 5 um.They mainly include trenchant angularity single Al,O,inclusions,spherical complex inclusions of oxides with CaS and MnS,and complex inclusions of sim- ple oxides or nitrides with MnS.Calcium treatment after LF refining removes oxygen from molten steel efficiently,but increase the amount of Al,O,inclusions in casting billets,which is harmful to the quality of SWRH82B steel.Due to serious lag entrapment,re- fractory erosion and reoxidation caused by unreasonable tundish structure,the cleanliness of liquid steel decreases. KEY WORDS high carbon steel;inclusions;cleanliness:slag entrapment;reoxidation:calcium treatment SWRH82B高碳钢作为高强度预应力钢丝和钢绞 影响铸坯洁净度原因，为现场操作和工艺改进提供 线的典型用钢，广泛运用于铁路、公路、桥梁、核电站、参考 水泥制品等领域.此类产品要求严格控制化学成 分、有害元素含量和非金属夹杂物的数量、尺寸和类 1实验内容及研究方法 型，这就要求在治炼过程中减少脆性夹杂的数量1.1生产工艺概况 及提高钢水的洁净度-四.本研究对国内某厂BOF一 国内某厂SWRH82B高碳硬线钢的主要生产流程 LFCC工艺生产SWRH82B钢进行洁净度分析，找出为130t顶底复吹转炉一130tLF精炼一钙处理一软 收稿日期：20160301 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51374023)：中央高校基础科研业务费资助项目(FR℉-IC-15-001)

工程科学学报，第 38 卷，增刊 1: 160--168，2016 年 6 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 38，Suppl． 1: 160--168，June 2016 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2016． s1． 027; http: / /journals． ustb． edu． cn BOF--LF--CC 生产 SWＲH82B 硬线钢的洁净度研究 张游游1) ，刘建华1) ，苏晓峰1) ，崔 衡2) ，张 杰1) ，季益龙1) 1) 北京科技大学冶金工程研究院，北京 100083 2) 北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心，北京 100083  通信作者，E-mail: liujianhua@ metall． ustb． edu． cn 摘 要 采用系统取样与实验室综合分析，对 BOF--LF--CC 工艺生产的 SWＲH82B 钢洁净度衍变规律进行研究． 结果表明， 钙处理后钢中 T［O］和显微夹杂物数量显著下降，轻微增氮; 浇铸过程增氧增氮严重; 铸坯中 ＜ 5 μm 显微夹杂占 97% ，主要是 棱角分明的纯 Al2O3夹杂，球状复合氧化物与 CaS 和 MnS 的复合夹杂，简单氧化物或氮化物与 MnS 的复合夹杂; LF 精炼后钙 处理，脱氧显著，但使得铸坯中出现很多 Al2O3硬性夹杂，对 SWＲH82B 盘条质量造成严重的危害; 中间包结构不合理，卷渣、 内衬侵蚀和二次氧化严重，连铸过程钢液洁净度下降． 关键词 高碳钢; 夹杂物; 洁净度; 卷渣; 二次氧化; 钙处理 分类号 TF761 + . 4 Cleanliness study of SWＲH82B hard wire steel produced by BOF--LF--CC processes ZHANG You-you1) ，LIU Jian-hua1)  ，SU Xiao-feng1) ，CUI Heng2) ，ZHANG Jie1) ，JI Yi-long1) 1) Engineering Ｒesearch Institute，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Collaborative Innovation Center of Steel Technology，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: liujianhua@ metall． ustb． edu． cn ABSTＲACT The cleanliness evolution of SWＲH82B steel produced by the BOF--LF--CC process was studied by systematic sampling and lab comprehensive analysis． The results show that the content of oxygen and the number of micro-inclusions significantly decrease after calcium treatment，while the content of nitrogen in molten steel slightly increases． Both the contents of oxygen and nitrogen sharp￾ly increase during the casting process． 97% of the micro-inclusions in casting billets are smaller than 5 μm． They mainly include trenchant angularity single Al2O3 inclusions，spherical complex inclusions of oxides with CaS and MnS，and complex inclusions of sim￾ple oxides or nitrides with MnS． Calcium treatment after LF refining removes oxygen from molten steel efficiently，but increase the amount of Al2O3 inclusions in casting billets，which is harmful to the quality of SWＲH82B steel． Due to serious lag entrapment，re￾fractory erosion and reoxidation caused by unreasonable tundish structure，the cleanliness of liquid steel decreases． KEY WOＲDS high carbon steel; inclusions; cleanliness; slag entrapment; reoxidation; calcium treatment 收稿日期: 2016--03--01 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51374023) ; 中央高校基础科研业务费资助项目( FＲF--IC--15--001) SWＲH82B 高碳钢作为高强度预应力钢丝和钢绞 线的典型用钢，广泛运用于铁路、公路、桥梁、核电站、 水泥制品等领域［1--6］． 此类产品要求严格控制化学成 分、有害元素含量和非金属夹杂物的数量、尺寸和类 型［7--8］，这就要求在冶炼过程中减少脆性夹杂的数量 及提高钢水的洁净度［9--12］． 本研究对国内某厂 BOF-- LF--CC 工艺生产 SWＲH82B 钢进行洁净度分析，找出 影响铸坯洁净度原因，为现场操作和工艺改进提供 参考． 1 实验内容及研究方法 1. 1 生产工艺概况 国内某厂 SWＲH82B 高碳硬线钢的主要生产流程 为 130 t 顶底复吹转炉—130 t LF 精炼—钙处理—软

张游游等：BOF-LF-CC生产SWRH82B硬线钢的洁净度研究 ·161 吹一连铸一高速线材轧制.采用转炉炉后加入硅锰、 断面150mm×150mm.表1是SWRH82B钢的主要成 高碳锰和铬铁进行脱氧合金化：LF进行造白渣操作， 分.过程中未采用真空处理，中间包未采用挡坝挡墙 加入硅钙进行深脱氧，加入少量合金进行成分微调，精 和湍流控制器.中间包三视图见图1，并对各流次进行 炼后喂高钙线进行钙处理，软吹后进行方坯连铸，铸坯 编号 表1SWRH82B钢主要化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of SWRH82B steel % 成分 Si Mn P Cr 标准值 0.79-0.86 0.15-0.35 0.60-0.90 ≤0.025 ≤0.025 0.20-0.40 平均值 0.82 0.23 0.78 0.014 0.0033 0.20 oI流 02流 03流 4流0 图1中间包三视图.(a)正视图：(b)左视图：(c)俯视图 Fig.1 Orthographic views of the tundish:(a)front view;(b)left view:(c)vertical view 1.2研究方法 -T川0川 054 根据炼钢厂生产经验，分别对一个浇次浇铸的开 0.005- --V 浇坯、交接坯和正常坯所对应的三炉钢进行系统取样 00046 取样地点分别为LF精炼后钙处理前、软吹后、铸坯各 o.0n43 0.004 流内外弧.采用以下方法结合研究BOF-LF-CC工艺 生产的SWRH82B钢洁净度及夹杂物衍变规律. 0.003 (1)用扫描电子显微镜专用颗粒物分析系统面扫 描，对金相样中显微夹杂数量、尺寸分布和成分进行 0.0021 统计； 0.00195 0.002 (2)用大样电解法对铸坯样中大型夹杂物含量和 0.0014 ■ 粒径分布进行分析： LF钙处理前 软吹后 铸坯 (3)用扫描电镜和能谱分析仪对夹杂物形貌和成 工序 分进行分析： 图2各工序T[O)和N含量变化情况 (4)用化学分析方法对钢样中氧、氮、总铝等元素 Fig.2 Variations of T [O]and N contents in each steelmaking 含量进行分析： process (⑤)用荧光分析法对炉渣及中间包内衬进行 量分数降低了0.0007%，N质量分数元素增加了 分析. 0.0003%,说明钙处理软吹过程可以显著脱氧，因为软 吹氩气过程能够促进夹杂物的碰撞长大和去除，从而 2钢中T[O]和N含量变化分析 降低了全氧含量：该过程有轻微增N,需要加强液面保 钢中全氧含量是评价钢水洁净度的重要指标之 护和氩气流量控制；(2)铸坯中T[O]质量分数较软吹 一，氮含量变化是判断钢水是否吸入空气的一个重要 后增加了0.00055%，N质量分数增加了0.0009%，氧 指标3-.图2是各个工序位置钢中平均T[0]含量 氮增加幅度较大，说明连铸浇铸过程中有二次氧化现 和N含量的变化情况. 象，或中间包卷渣现象较严重圆，要加强保护浇铸： 图2表明：(1)钙处理软吹过程前后钢中T[0]质 (3)铸坯中T[0]质量分数为0.00195%，N质量分数

张游游等: BOF--LF--CC 生产 SWＲH82B 硬线钢的洁净度研究 吹—连铸—高速线材轧制． 采用转炉炉后加入硅锰、 高碳锰和铬铁进行脱氧合金化; LF 进行造白渣操作， 加入硅钙进行深脱氧，加入少量合金进行成分微调，精 炼后喂高钙线进行钙处理，软吹后进行方坯连铸，铸坯 断面 150 mm × 150 mm． 表 1 是 SWＲH82B 钢的主要成 分． 过程中未采用真空处理，中间包未采用挡坝挡墙 和湍流控制器． 中间包三视图见图 1，并对各流次进行 编号． 表 1 SWＲH82B 钢主要化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of SWＲH82B steel % 成分 C Si Mn P S Cr 标准值 0. 79 ～ 0. 86 0. 15 ～ 0. 35 0. 60 ～ 0. 90 ≤0. 025 ≤0. 025 0. 20 ～ 0. 40 平均值 0. 82 0. 23 0. 78 0. 014 0. 0033 0. 20 图 1 中间包三视图． ( a) 正视图; ( b) 左视图; ( c) 俯视图 Fig． 1 Orthographic views of the tundish: ( a) front view; ( b) left view; ( c) vertical view 1. 2 研究方法 根据炼钢厂生产经验，分别对一个浇次浇铸的开 浇坯、交接坯和正常坯所对应的三炉钢进行系统取样． 取样地点分别为 LF 精炼后钙处理前、软吹后、铸坯各 流内外弧． 采用以下方法结合研究 BOF--LF--CC 工艺 生产的 SWＲH82B 钢洁净度及夹杂物衍变规律． ( 1) 用扫描电子显微镜专用颗粒物分析系统面扫 描，对金相样中显微夹杂数量、尺寸分布和成分进行 统计; ( 2) 用大样电解法对铸坯样中大型夹杂物含量和 粒径分布进行分析; ( 3) 用扫描电镜和能谱分析仪对夹杂物形貌和成 分进行分析; ( 4) 用化学分析方法对钢样中氧、氮、总铝等元素 含量进行分析; ( 5) 用荧光分析法对炉渣及中间包内衬进行 分析． 2 钢中 T［O］和 N 含量变化分析 钢中全氧含量是评价钢水洁净度的重要指标之 一，氮含量变化是判断钢水是否吸入空气的一个重要 指标［13--14］． 图 2 是各个工序位置钢中平均 T［O］含量 和 N 含量的变化情况． 图 2 表明: ( 1) 钙处理软吹过程前后钢中 T［O］质 图 2 各工序 T［O］和 N 含量变化情况 Fig． 2 Variations of T［O］ and N contents in each steelmaking process 量分数 降 低 了 0. 0007% ，N 质量分数元素增加了 0. 0003% ，说明钙处理软吹过程可以显著脱氧，因为软 吹氩气过程能够促进夹杂物的碰撞长大和去除，从而 降低了全氧含量; 该过程有轻微增 N，需要加强液面保 护和氩气流量控制; ( 2) 铸坯中 T［O］质量分数较软吹 后增加了 0. 00055% ，N 质量分数增加了 0. 0009% ，氧 氮增加幅度较大，说明连铸浇铸过程中有二次氧化现 象，或中间包卷渣现象较严重［13］，要加强保护浇铸; ( 3) 铸坯中 T［O］质量分数为 0. 00195% ，N 质量分数 · 161 ·

·162· 工程科学学报，第38卷，增刊1 为0.0054%，与国内外先进厂家生产的SWRH82B钢 理软吹后，Mg0-Al,0,Si02转变为Mg0Si02Ca0,呈 相比偏高 球状，Mg0-Al,0,-SiO,-Ca0-CaS夹杂增多且和钙处 3钢中显微夹杂物分析 理前相比Ca0和Cas含量升高：(3)铸坯中典型夹杂 主要有第一类是棱角分明的纯L,0,夹杂，第二类是 3.1钢中显微夹杂物类型和数量 球状Mg0-Al,0,Si02Ca0或Mg0-Al,0,Si02Ca0- 利用扫描电镜Feature统计功能对金相样上随机 CaS与MnS的复合夹杂，第三类是简单氧化物与MnS 100个视场内的夹杂物进行面扫描，显微夹杂物类型 的复合夹杂、少量含有Cas以及存在少量单纯Mns夹 分析结果见表2. 杂，第四类是被MnS包裹TiN夹杂并存在少量单纯 由表2可知：(1)LF钙处理前钢中显微夹杂主要 TiN夹杂，第五类是规则球形的SiO2-AL0,一Mn0和 有Mg0-Al,0,Si02、Mg0-Al0,Si02Ca0,呈球状，少 AL,0,Si02夹杂.97%以上的显微夹杂物均<5um. 数含有CaS,还存在少量MnO、MnS夹杂；(2)经过钙处 图3是典型显微夹杂物形貌. 表2显微夹杂物类型 Table 2 Typical kinds of micro-inclusions 夹杂物类型 工序 主要夹杂物成分 少量夹杂物成分 Mgo-Al20:-Si02-Ca0-CaS, Mgo-AL0:-Si02, LF钙处理前 Mgo-Si02-Ca0-CaS MgO-Al2O3-SiO2-Cao MnO,MnS Mgo-Si02-Ca0-CaS Mg0-Si02-Ca0 软吹后 SiO2-Ca0,MnO, Mgo-AL0:-Si0,-Ca0-Cas Al2 O:-Si02 Mgo-AL 0:-Si0,-Ca0-CaS-MnS, Al2 0-SiO2,MnS, 铸坯 Mgo-Al20:-Si02-Ca0-MnS, Si02-Al203-MnO,TiN Al,03,氧化物-MnS,TiN-MnS 20n 10o 10 图3典型显微夹杂物形貌.(a)Mg0-A山，0，Si02Ca0:(b)A山，0，：(c)MnS:(d)TiN-Mns Fig.3 Typical morphologies of micro-inclusions:(a)Mgo-Al,0:-Si0,-CaO:(b)Al,O (c)MnS:(d)TiN-MnS 根据扫描电子显微镜Feature面扫对各工序金相 微夹杂物数量减少5mm2,说明钙处理软吹过程对于 样中显微夹杂数量变化情况统计结果见图4. 减少钢中显微夹杂物数量效果良好：(2)铸坯中显微 图4表明：(1)LF精炼后钙处理前到软吹后，显 夹杂较软吹后增加29mm2,增加幅度非常大，说明整

工程科学学报，第 38 卷，增刊 1 为 0. 0054% ，与国内外先进厂家生产的 SWＲH82B 钢 相比偏高［15］． 3 钢中显微夹杂物分析 3. 1 钢中显微夹杂物类型和数量 利用扫描电镜 Feature 统计功能对金相样上随机 100 个视场内的夹杂物进行面扫描，显微夹杂物类型 分析结果见表 2． 由表 2 可知: ( 1) LF 钙处理前钢中显微夹杂主要 有 MgO--Al2O3 --SiO2、MgO--Al2O3 --SiO2 --CaO，呈球状，少 数含有 CaS，还存在少量 MnO、MnS 夹杂; ( 2) 经过钙处 理软吹后，MgO--Al2O3 --SiO2转变为 MgO--SiO2 --CaO，呈 球状，MgO--Al2O3 --SiO2 --CaO--CaS 夹杂增多且和钙处 理前相比 CaO 和 CaS 含量升高; ( 3) 铸坯中典型夹杂 主要有第一类是棱角分明的纯 Al2 O3 夹杂，第二类是 球状 MgO--Al2O3 --SiO2 --CaO 或 MgO--Al2O3 --SiO2 --CaO-- CaS 与 MnS 的复合夹杂，第三类是简单氧化物与 MnS 的复合夹杂、少量含有 CaS 以及存在少量单纯 MnS 夹 杂，第四类是被 MnS 包裹 TiN 夹杂并存在少量单纯 TiN 夹杂，第五类是规则球形的 SiO2 --Al2 O3 --MnO 和 Al2O3 --SiO2夹杂． 97% 以上的显微夹杂物均 ＜ 5 μm． 图 3 是典型显微夹杂物形貌． 表 2 显微夹杂物类型 Table 2 Typical kinds of micro-inclusions 工序 夹杂物类型 主要夹杂物成分 少量夹杂物成分 LF 钙处理前 MgO--Al2O3--SiO2， MgO--Al2O3--SiO2--CaO MgO--Al2O3--SiO2--CaO--CaS， MgO--SiO2--CaO--CaS， MnO，MnS 软吹后 MgO--SiO2--CaO MgO--Al2O3--SiO2--CaO--CaS MgO--SiO2--CaO--CaS， SiO2--CaO，MnO， Al2O3--SiO2 铸坯 MgO--Al2O3--SiO2--CaO--CaS--MnS， MgO--Al2O3--SiO2--CaO--MnS， Al2O3，氧化物--MnS，TiN--MnS Al2O3--SiO2，MnS， SiO2--Al2O3--MnO，TiN 图 3 典型显微夹杂物形貌 . ( a) MgO--Al2O3--SiO2--CaO; ( b) Al2O3 ; ( c) MnS; ( d) TiN--MnS Fig． 3 Typical morphologies of micro-inclusions: ( a) MgO--Al2O3--SiO2--CaO; ( b) Al2O3 ; ( c) MnS; ( d) TiN--MnS 根据扫描电子显微镜 Feature 面扫对各工序金相 样中显微夹杂数量变化情况统计结果见图 4． 图 4 表明: ( 1) LF 精炼后钙处理前到软吹后，显 微夹杂物数量减少 5 mm － 2，说明钙处理软吹过程对于 减少钢中显微夹杂物数量效果良好; ( 2) 铸坯中显微 夹杂较软吹后增加 29 mm － 2，增加幅度非常大，说明整 · 261 ·

张游游等：BOF-LF-CC生产SWRH82B硬线钢的洁净度研究 ·163 个浇铸过程中显微夹杂物增加非常明显，增加的主要 44 是L,0,夹杂、硫化物复合夹杂和氮化物复合夹杂.铸 ■一显微夹杂物 2 40 坯中显著增加的硫化物复合夹杂和氮化物复合夹杂的 原因是钢中T质量分数(0.003%)和N质量分数 36 (0.0054%)较高，凝固过程生成TN夹杂，而凝固过程 32 随着温度降低伴随S偏析，硫化物以氧化物或TN为 28 核心生成复合的硫化物夹杂，存在少量单纯夹杂 3.2铸坯中A山，0，夹杂产生原因分析 24 从现有生产工艺流程可知，整个炼钢到连铸过程 18 中没有采用铝脱氧，精炼结束直到软吹后几乎没有出 16 现纯AL,0,夹杂，而铸坯中出现了大量AL,0夹杂.针 13 对这一情况，进一步进行探究. 12 LF钙处理前 软吹后 铸坯 由于精炼后只经历了钙处理、软吹和连铸过程，钢 工序 水只有在钙处理过程中引入了大量钙元素.因此在三 图4各工序显微夹杂物数量变化情况 元相图中主要考虑Ca0、CaS和A山，0，的变化情况.各 Fig.4 Change in quantity of micro-inclusions in each steelmaking 工序夹杂物的成分变化见图5，图中黑色实心点是平 process 均成分：各工序总铝和夹杂物部分平均成分变化见图 6:铸坯中单纯A山，0，夹杂数量变化见图7 Al,03的夹杂物，平均成分C0含量远高于Al203:(3) 图5表明：(1)LF精炼后钙处理前，大部分夹杂 铸坯中，大多数夹杂物成分均含有Al,03、Si02和Ca0, 物中含有少量或不含Ca0,有少量的夹杂物含有较多 复合夹杂物中三者相对含量与软吹后变化不大，平均 的CaO,绝大多数均含有AL,O,平均成分Ca0含量低 成分Ca0含量远小于Al,0,·图中显示平均成分远远 于AL,0,:(2)软吹结束后，夹杂物发生较大变化，C0 偏离了夹杂物主要落点区，这是因为夹杂物中存在大 含量占比明显增加，AL,O,含量降低，出现较多不含 量单纯AL,0,夹杂，在相图中无法显示出来. 0 (a) 100 100 25 25 （a0质量分数修 75 75 、 50 50 ■ 分数 a质量分数 Sio 50 50 。● 分数 75 75 8 25 25 100 100 25 50 75 25 50 75 1,0质量分数 .0,质量分数/ 0100 (e) 25 75 0质量分数% S 50 质量分数/ 50 2 50 100 11)质量分数/除 图5各工序夹杂物成分变化.(a)LF钙处理前：(b)软吹后：()铸坯 Fig.5 Chemical composition variations of micro-inclusions in each steelmaking process:(a)before LF calcium treatment;(b)after soft blowing: (c）casting billet

张游游等: BOF--LF--CC 生产 SWＲH82B 硬线钢的洁净度研究 个浇铸过程中显微夹杂物增加非常明显，增加的主要 是 Al2O3夹杂、硫化物复合夹杂和氮化物复合夹杂． 铸 坯中显著增加的硫化物复合夹杂和氮化物复合夹杂的 原因是 钢 中 Ti 质 量 分 数 ( 0. 003% ) 和 N 质 量 分 数 ( 0. 0054% ) 较高，凝固过程生成 TiN 夹杂，而凝固过程 随着温度降低伴随 S 偏析，硫化物以氧化物或 TiN 为 核心生成复合的硫化物夹杂，存在少量单纯夹杂． 图 5 各工序夹杂物成分变化 . ( a) LF 钙处理前; ( b) 软吹后; ( c) 铸坯 Fig． 5 Chemical composition variations of micro-inclusions in each steelmaking process: ( a) before LF calcium treatment; ( b) after soft blowing; ( c) casting billet 3. 2 铸坯中 Al2O3夹杂产生原因分析 从现有生产工艺流程可知，整个炼钢到连铸过程 中没有采用铝脱氧，精炼结束直到软吹后几乎没有出 现纯 Al2O3夹杂，而铸坯中出现了大量 Al2O3夹杂． 针 对这一情况，进一步进行探究． 由于精炼后只经历了钙处理、软吹和连铸过程，钢 水只有在钙处理过程中引入了大量钙元素． 因此在三 元相图中主要考虑 CaO、CaS 和 Al2O3的变化情况． 各 工序夹杂物的成分变化见图 5，图中黑色实心点是平 均成分; 各工序总铝和夹杂物部分平均成分变化见图 6; 铸坯中单纯 Al2O3夹杂数量变化见图 7． 图 5 表明: ( 1) LF 精炼后钙处理前，大部分夹杂 物中含有少量或不含 CaO，有少量的夹杂物含有较多 的 CaO，绝大多数均含有 Al2O3，平均成分 CaO 含量低 于 Al2O3 ; ( 2) 软吹结束后，夹杂物发生较大变化，CaO 含量占比明显增加，Al2 O3 含量降低，出现较多不含 图 4 各工序显微夹杂物数量变化情况 Fig． 4 Change in quantity of micro-inclusions in each steelmaking process Al2O3的夹杂物，平均成分 CaO 含量远高于 Al2O3 ; ( 3) 铸坯中，大多数夹杂物成分均含有 Al2O3、SiO2和 CaO， 复合夹杂物中三者相对含量与软吹后变化不大，平均 成分 CaO 含量远小于 Al2O3 ． 图中显示平均成分远远 偏离了夹杂物主要落点区，这是因为夹杂物中存在大 量单纯 Al2O3夹杂，在相图中无法显示出来． · 361 ·

·164 工程科学学报，第38卷，增刊1 0003 ☐aa+aS 50 ☒☒山.0 90 02 30 20 0.001 LF钙处理前 软吹后 铸坯 钙处理前 软吹后 铸坯 工序 工序 图6各工序平均成分变化.(a)总铝：(b)显微夹杂物 Fig.6 Average composition variations in each steelmaking process:(a)total aluminum (AIT);(b)micro-inclusions 图6表明：(1)LF精炼后到铸坯过程钢中总铝含 4 铸坯中大型夹杂物分析 量呈轻微减少的趋势：(2)LF精炼后到铸坯过程中， 夹杂物中CaO+CaS平均含量软吹后较LF钙处理前 4.1铸坯中大型夹杂物含量和粒径分布 增幅很大，在铸坯中大幅度减少，整个过程呈现先增后 用大样电解法分离得到铸坯中的大型夹杂物，再 减的趋势，而山0，平均含量变化趋势正好相反 运用扫描电镜进行粒径统计，铸坯大样电解统计结果 由图7可知，随着浇铸的进行，铸坯中单纯AL,02 见表3. 夹杂逐渐减少，开浇坯和交接坯A山，0，夹杂含量很高， 由表3可知：铸坯中大型夹杂物较多，主要是在 远远高于正常坯 80~300μm,达81.68%，数量波动较大，不同位置分布 不均匀.开浇坯中最低8.21mg·(10kg)-,最高16.00 4055 了单纯A1,0夹杂 40 mg·(10kg)-:过渡坯中最低5.74mg·(10kg)-,最高 34.29 14.51mg·(10kg）-1;正常坯中最低1.64mg·(10 kg),最高7.37mg·(10kg),这与大型夹杂物随机 分布有关. 经现场测温，不同流次温度波动很大，最大可以达 到9℃，不同流次大型夹杂物含量变化也大，表明中间 包流场不稳定，各流次变化大. 604 开浇坯大型夹杂物含量远高于交接坯和正常坯， 对铸坯质量产生严重的危害，严重影响铸坯的成材率 开浇还 交接坯 正常坏 开浇时，钢水流动不稳定，对耐材冲刷严重，卷渣严重， 铸坏 二次氧化严重等原因造成的. 图7铸坯中夹杂物数量变化情况 Fig.7 Quantity variations of micro-inclusions in casting billet 4.2铸坯中大型夹杂物成分、类型及来源分析 使用扫描电镜结合能谱分析仪对大型夹杂物进行 出现上述变化的原因是LF精炼后整个钢水中氧 分析，并结合连铸相关渣及耐材成分对大型夹杂物来 含量很低，而钙处理过程又加入了大量强脱氧元素钙， 源进行分析.表4是连铸相关渣及耐材原料主要成 使得钙元素将夹杂物中铝元素给置换出来进入到钢水 分，正常坯大型夹杂物在相图中分布见图8，典型的大 中，到了连铸过程，发生二次氧化，使得钢水中铝元素 型夹杂物形貌见图9. 再次被氧化成AL,03,有相当一部分AL,03没来得及和 由表4结合图8和图9可知，铸坯中大型夹杂物 其他夹杂物碰撞长大上浮而存留在铸坯中.开浇时中 的主要类型为：(1)由复合氧化物和CaS构成的复合 间包流场不稳定，钢液波动较大，钢水吸入了较多氧气 夹杂物MgO-Al,O,SiO,Ca0CaS(图9(a)).该类夹 或卷渣，二次氧化现象严重，并且不利于夹杂物上浮， 杂物呈近似球形，主要以Al,0,一Si02一Ca0为主，含有 较多山，0，夹杂残留在铸坯中.随着浇铸的进行，越来 少量Mg0,该类夹杂物主要以中包覆盖剂为主，与耐 越稳定，二次氧化现象减弱，夹杂物上浮较充分，就使 火材料、复合脱氧产物和钢液凝固析出相相互作用生 得AL,0,夹杂迅速减少 成成分复杂的大型夹杂物.(2)以MgO、CaO为主的复

工程科学学报，第 38 卷，增刊 1 图 6 各工序平均成分变化 . ( a) 总铝; ( b) 显微夹杂物 Fig． 6 Average composition variations in each steelmaking process: ( a) total aluminum ( AlT) ; ( b) micro-inclusions 图 6 表明: ( 1) LF 精炼后到铸坯过程钢中总铝含 量呈轻微减少的趋势; ( 2) LF 精炼后到铸坯过程中， 夹杂物中 CaO + CaS 平均含量软吹后较 LF 钙处理前 增幅很大，在铸坯中大幅度减少，整个过程呈现先增后 减的趋势，而 Al2O3平均含量变化趋势正好相反． 由图 7 可知，随着浇铸的进行，铸坯中单纯 Al2O3 夹杂逐渐减少，开浇坯和交接坯 Al2O3夹杂含量很高， 远远高于正常坯． 图 7 铸坯中夹杂物数量变化情况 Fig． 7 Quantity variations of micro-inclusions in casting billet 出现上述变化的原因是 LF 精炼后整个钢水中氧 含量很低，而钙处理过程又加入了大量强脱氧元素钙， 使得钙元素将夹杂物中铝元素给置换出来进入到钢水 中，到了连铸过程，发生二次氧化，使得钢水中铝元素 再次被氧化成 Al2O3，有相当一部分 Al2O3没来得及和 其他夹杂物碰撞长大上浮而存留在铸坯中． 开浇时中 间包流场不稳定，钢液波动较大，钢水吸入了较多氧气 或卷渣，二次氧化现象严重，并且不利于夹杂物上浮， 较多 Al2O3夹杂残留在铸坯中． 随着浇铸的进行，越来 越稳定，二次氧化现象减弱，夹杂物上浮较充分，就使 得 Al2O3夹杂迅速减少． 4 铸坯中大型夹杂物分析 4. 1 铸坯中大型夹杂物含量和粒径分布 用大样电解法分离得到铸坯中的大型夹杂物，再 运用扫描电镜进行粒径统计，铸坯大样电解统计结果 见表 3． 由表 3 可知: 铸坯中大型夹杂物较多，主要是在 80 ～ 300 μm，达81. 68% ，数量波动较大，不同位置分布 不均匀． 开浇坯中最低 8. 21 mg·( 10 kg) － 1，最高 16. 00 mg·( 10 kg) － 1 ; 过渡坯中最低 5. 74 mg·( 10 kg) － 1，最高 14. 51 mg·( 10 kg ) － 1 ; 正 常 坯 中 最 低 1. 64 mg·( 10 kg) － 1，最高 7. 37 mg·( 10 kg) － 1，这与大型夹杂物随机 分布有关． 经现场测温，不同流次温度波动很大，最大可以达 到 9 ℃，不同流次大型夹杂物含量变化也大，表明中间 包流场不稳定，各流次变化大． 开浇坯大型夹杂物含量远高于交接坯和正常坯， 对铸坯质量产生严重的危害，严重影响铸坯的成材率． 开浇时，钢水流动不稳定，对耐材冲刷严重，卷渣严重， 二次氧化严重等原因造成的． 4. 2 铸坯中大型夹杂物成分、类型及来源分析 使用扫描电镜结合能谱分析仪对大型夹杂物进行 分析，并结合连铸相关渣及耐材成分对大型夹杂物来 源进行分析． 表 4 是连铸相关渣及耐材原料主要成 分，正常坯大型夹杂物在相图中分布见图 8，典型的大 型夹杂物形貌见图 9． 由表 4 结合图 8 和图 9 可知，铸坯中大型夹杂物 的主要类型为: ( 1) 由复合氧化物和 CaS 构成的复合 夹杂物 MgO--Al2O3 --SiO2 --CaO--CaS( 图 9( a) ) ． 该类夹 杂物呈近似球形，主要以 Al2 O3 --SiO2 --CaO 为主，含有 少量 MgO，该类夹杂物主要以中包覆盖剂为主，与耐 火材料、复合脱氧产物和钢液凝固析出相相互作用生 成成分复杂的大型夹杂物． ( 2) 以 MgO、CaO 为主的复 · 461 ·