D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1991.s1.007 第13卷第4(【)期 北京科技大学学报 Vol.13No.4(I) 1991年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing july 1991 超低头连俦板坯的夹杂物 刘新华·蔡开科”曾小平…王砚铭… 摘要：采用疏印法、X光透射法、大样电解法和金相法，对钢包、中间包和莲铸坯中 的夹杂物进行了系统调查研究。对浇注过程中夹杂物类型、数量、组成和分布以及二次氧 化进行了讨论。所得结果，对改进生产操作和提高铸坯纯净度具有指导意义。 关健词：连铸板坯，夹杂物，二次氧化，金相法 Investigation of Non-metallic Inclusions for the Slab of Super Low Head Continuous Caster Liu Xinhua Cai Kaike Zeng Xiaoping Wang Yanming ABSTRACT:The non-metallic inclusions during the casting process in ladle, tundish,mould and slab of super low head caster has been investigated using supher.print,X-ray,slime method and microscope.The quanlity,morphology composition and dimensional distribution of inclusions in slab as well as reoxy- dation,slag composition change etc are discussed. KEY WORDS:continuous casting slab,inclusions,reoxydation,microscope 超低头连铸机是把小半径多点弯曲和矫直孤形连铸机的设计概念和现代板坯连铸机技术 相结合的一种机型。它的优点是：铸机高度低，钢水静压力小从而改善了铸坯内部质量；可以 利用已有厂房建设连铸机，简化了设备结构，降低了设备重量，减少了投资费用。把超低头 连铸机与炉外精炼技术相结合，完全可以生产质量合格的铸坯。因此自80年代以来，超低头 连铸机的建设发展较快。 1991-05-06收稿 ·北京科技大学(University of Science and Technology Beijing) ··天津钢厂(Tianjin Steel Works) 参加试验工作还有韩秀英、韩庆、玉兰香等同志 42
第， 卷第 一 期 北 京 。 。 年 月 科 技 大 学 学 报 。 。 。 。 司口 超低头连铸板坯的夹杂物 刘新华 ’ 蔡开科 ’ 曾小平” 王 砚铭” 摘 要 采用 硫 印法 、 光透 射法 、 大 样电解法 和金相 法 ， 对钢包 、 中间包 和连铸坯中 的夹 杂 物进 行了 系统调查研究 。 对浇注过程 中夹 杂 物类型 、 数 量 、 组成和分 布以及二 次氧 化 进 行 了讨论 。 所得结果 ， 对改进生产操 作 和提高铸坯纯净度具有指导意 义 。 关键 词 连铸板 坯 ， 央杂 物 ， 二次氧化 ， 金 相 法 一 作 ， 夕 尤 夕 二 牙 夕 加 夕二 口目 一 ， ， 丫 ， 一 ， ， ， ， ， ， ‘ 曰 超低头连铸机是把小半径多点弯 曲和 矫直 孤形连铸机 的设计概念和 现代板坯连铸机技术 相结合 的一种机型 。 它 的优点是 铸机高度低 ， 钢水静压力 小从而 改善了铸坯 内部质量 可以 利用已有厂房建设连铸机 ， 简化了设备结 构 ， 降低了设备重量 ， 减少了 投资费角 。 把超低头 连铸机与炉外精炼技术相结合 ， 完全可以生产质量合格的铸坯 。 因此 自 年代以来 ， 超低头 连铸机的建设发展较快 。 一 一 收稿 北京 科技大学 天津钢厂 参加 试验工 作还 有韩 秀英 、 韩 庆 、 王 兰香等 同志 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1991．s1．007
本文结合天津钢厂目前的生产条件，对钢包、中间包和连铸坯中的夹杂物进行了较为系 统的调查研究，为生产中进一步改善铸坯质量提供依据。 1连铸生产工艺 连铸机弧形半径R为5.7、7,2、11.0、21.0m,4点矫直。浇注断面180mm×1000mm。 氧气转炉公称容量25t,实际出钢量为30~35t。采用挡渣出钢。钢包内用FeSi,FeMn和AI 脱氧合金化，加A1量为1kg/:。钢包加稻壳灰复盖。钢包到中间包为敞开浇注，中间包容量 为6t,内设有双挡墙，内衬为绝热板，正常液面高度为600mm。中间包表面加稻壳灰复盖。 中间包到结晶器采用浸人式水口浇注，水口双孔向上倾角15°，结晶器中采用GL型保护 渣。正常拉速为0.8m/min。本次试验是3C船板钢，两炉钢水化学成分(wt%):C0.12/ 0.17,Si0.21,Mn0.70/0.75,P0.019/0.02,S0.029/0.030。出钢温度1695~1736℃。 中间包钢水温度为1540~1560℃。 2研究方法 (1)取样概况本次试验共连浇4炉3C船板钢，浇注板坯共长94m。为了调查钢包→中间 包→结晶器→铸坯夹杂物演变，在开浇的第一炉（炉号1172）和连浇的第4炉（炉号1090） 进行了系统的取钢渣样，铸坯的取样部位如图1所示。 n9 -150- -150- Inner curve Cast Outer curve 150 -500 -500 图1铸坯取样示意图 Fig.1 Cutting manner of sample for slab (2)分析方法采用大样电解法（S1ime法)分析钢中大于504m的大颗粒夹杂，用硫 印法和X光透射法分析夹杂物在板坯上的分布状况，用金相法检查夹杂物类型和形貌，并用 电子探针光谱等方法分析夹杂物组成。 3试验结果与讨论 3.1硫印法研究板还夹杂物分布 从铸坯总长头中尾部的3块试料，将其横断面刨平磨光后做硫印。从硫印图肉眼观察指 出：板坯横断面上有明显的夹杂物集聚，且内孤侧集聚带宽。为定量的说明夹杂物分布，在硫 43
本文结合天律钢厂 目前的生产条件 ， 对钢包 、 中间包和连铸坯 中的夹杂物进行了较 为系 统的调查研 究 ， 为生产 中进一步改善铸坯质量提供 依据 。 连铸生产工艺 连铸机弧形半径 为 、 、 、 ， 点矫直 。 浇注断 面 。 氧气转炉公称容量 ， 实 际 出钢量 为 。 采用挡渣出钢 。 钢包 内用 ， 和 脱 氧合金 化 ， 加 量为 。 钢 包加稻 壳灰复盖 。 钢包到 中间包为敞开浇注 ， 中间包容量 为 ， 内设 有双 挡墙 ， 内衬为绝热板 ， 正 常液 面高度为 。 。 中’ 包 表面加稻 壳灰 复盖 。 中间包到结晶器采用 浸人式水 口浇 注 ， 水 口双孔 向上 倾角 “ ， 结 晶器 中采 用 型 保护 渣 。 正 常拉速为 “ 。 本次试验是 船板 钢 ， 两 炉钢水化学 成 分 ， ， ， ， 。 。 出 钢温度 ， ℃ 。 中间包钢水温度 为 一 ℃ 。 研究方法 取样概 况 本次试验共连浇 炉 船板钢 ， 浇注板坯 共长 。 为了调 查钢 包 中 间 包，结 晶器一铸坯夹杂 物演 变 ， 在开浇 的第一 炉 炉号 和 连浇 的第 炉 炉号 进行了系统的取钢渣样 ， 铸坯 的取 样部位如 图 所示 。 一 飞，。州 一 ” ， 厂短二了二 图 铸坯取样示意 图 分 析方法 采 用大 样电解法 引 法 分 析钢 中大 于 产。 的大颗 粒 夹 杂 ， 用 硫 印法和 光透射法分 析夹杂物在板坯上 的分布状况 ， 用金相 法检查夹杂物类型和形 貌 ， 并用 电子探针光谱等方法分析夹杂物组成 。 试验结果与讨论 。 硫 印 法研 究板坯夹 杂物分布 从铸坯总长头 中尾部 的 块试料 ， 将 其横断 面刨平磨 光后做硫 印 。 从硫 印图 肉眼观察指 出 板坯 横断 面上 有 明显 的夹杂物集聚 ， 且 内孤 侧集聚带宽 。 为定 量 的说明夹杂物分 布 ， 在硫
印图上自内弧到外弧计算单位面积上的夹杂物数如图2所示。由图可知： (1)板坯横断面存在三个夹杂物集聚区，离内弧表面(20-40)mm范围内峰值最大。 (2)板坯中心主要是硫化物，它是伴随中心疏松而存在，是硫中心偏析所致。 为检查夹杂物粒径分布，离内弧和外弧表面各50mm宽度范围内，分别统计了板坯头中 尾部夹杂物粒径，其典型分布如图3。各类尺寸夹杂物都是内弧侧高于外弧侧，这说明液相 穴内夹杂仍然是可上浮的。 0.50 0.40 0.30 0.20 10 200 400 600 1000 10 30 50 7090110130150170 Iuclusions size/μm Distance of Inner curve/mm 图2板还中夹杂物分布 图3板坯夹杂物尺寸分布 1一尾部2一中部3一头部 1一内弧2一外真 Fig.2 The distribution of inclusions Fig,3 The distribution of inclusions in slab size in slab 500 3.2X光透射法研究结果 oTop of slab ●1 d of al曲 X光透射试片是从内弧向外弧方 300 O Ta:l of slab- 向切取，其尺寸是宽50mm(相当于拉 100 坯方向)、长150mm(相当于铸坯宽 度方向)、厚10mm(即铸坯厚度)。 6 20 沿厚度方向切成5mm×50mm×150 mm的薄片，总共切取64片，用X光 探伤仪检查，用细银粒的感光片照 相。根据底片上存在的黑色斑点，统 20 60 80 1 120 140 Inner Outer 计了板坯从内弧到外弧侧夹杂物数量 curve 5lab thickness/mm curve 变化（图4)。由图可知： 图4板坯中夹杂物分布 Fig,4 The distribution of inclusions (1)离内弧表面50mm范围内有 in slab 夹杂物集聚区，这与硫印结果一致。 (2)板坯头部夹杂物数量最高，中部次之，尾部较少，与硫印结果一致。 44
印图上 自内弧到外弧计算单位面积上 的夹杂物数如图 所示 。 由图可知 板坯横 断面存在三个夹杂 物集聚 区 ， 离内孤 表面 一 范围 内峰值最大 。 板坯 中心主要是硫化物 ， 它是伴随 中心 疏松而存在 ， 是硫 中心偏析所致 。 为检查夹杂 物粒径分 布 ， 离 内弧和 外弧 表面各 宽度范围 内 ， 分别 统计了板坯头 中 尾部夹杂 物粒径 ， 其典型分 布如 图 。 各类尺寸夹杂 物都是 内弧侧高于外弧侧 ， 这说明 液 相 穴 内夹杂仍 然是可上浮的 。 之工﹃一习。任叨的尸 · …一 … 一 】 … … － … …人 八 …叹 忿 · 吸 丫八人 、 洲一。刀习的 ， 多 ， 日匀 人 争 王 日 丫 图 板 坯 中夹杂 物分布 一尾 部 一中部 一头 部 ， 名 图 板坯夹 杂 物尺寸分 布 一内弧 一外弧 一少户一﹃月‘ 件叫叫。一明门。 。 光透射法研 究结 果 光透射试片 是从 内弧 向外弧方 向切取 ， 其尺 寸是宽 相 当于拉 坯方向 、 长 相 当于铸坯宽 度方向 、 厚 即铸坯厚度 。 沿厚度方 向切 成 又 的薄片 ， 总 共切取 片 ， 用 光 探伤仪检查 ， 用 细银粒的 感 光 片 照 相 。 根据底片上 存在的黑色斑点 ， 统 计了板坯从 内弧到 外弧侧 夹杂物数量 变化 图 。 由图可知 离内弧表面 范围 内有 夹杂物集聚区 ， 这与硫 印结 果一致 。 板坯头部夹杂 物数量最高 ， 匕 工 马 “ 护弓 一 工 、入 飞 一 处几。 并 图 板坯 中夹杂物分布 ‘ 中部次之 ， 尾部较 少 ， 与硫 印结果一 致
3.3大样电解法研究结果 (1)钢包和中间包夹杂物用样模从钢包和中间包取钢样，分析结果如表1。由表1可 知：①钢包吹Ar后，钢中大颗粒夹杂含量仍然高达56.0mg/kg钢。②第1炉开浇不久，中间 包钢水中大颗粒夹杂仍然高达40.0mg/kg钢，当拉坯长度到19.5m时仅为1.27mg/kg钢，这 说明使用双挡墙的中间包是有利于夹杂物的上浮。③连浇换钢包时，会使中间包钢水夹杂物 重新增加，但随浇注的进行夹杂物又下降。 表1钢包、中间包钢中夹杂物量 Table 1 Inclusion quanlity of liquid steel in ladle and tundish 编 号 取样位置 试样量，g 夹杂总量，g 夹杂量，mg/kg 1172一0 钢包吹Ar后 2115 0.1192 56.0 1172-1 中间包(3.6m) 1615 0.0643 39.8 1172-2 中间包(12m) 2395 0.0089 3.72 1172-3 中间包(19.5m) 2055 0.0026 1.27 1090-0 钢包吹Ar后 1985 0,0452 2,28 1090-1 中间包(0.48m) 2085 0.0071 3.47 1090-2 中间包(12m) 1985 0.0037 1.86 钢包和中间包夹杂物形貌如图5照片。夹杂物大多呈球型，有的透明，有的呈乳白色或 棕色，主要组成为硅酸盐。 (2)板坯中夹杂物从板坯的头中尾部的试料上，从中心和边缘部位切取试样，分析结 果如表2。 表2铸还中夹杂物数量 Table 2 Inclusion quanlity in slab 号 部位 试样量，名 夹杂总量，8 夹杂量，mg/kg 1172 头部边缘 2615 0.0906 34.6 1172 头部中间 2660 0.1606 6.04 1090 中部边缘 2390 0.0005 0.21 1090 中部中间 2395 0.0032 1.34 1090 尾部边缘 2610 0.0002 0.077 1090 尾部中间 2545 0.0013 0.510 由表2可知：①第一炉开浇铸坯头部夹杂物含量较高，这可能与中间包清洁和开浇卷渣 有关。②铸坯中部和尾部夹杂物含量较低，平均都小于1.0mg/kg钢，与日本连铸坯夹杂物 含量水平相当。 3.4金相检验结果 沿铸坯厚度从内弧到外弧切取10mm×10mm×10mm试样，以检查夹杂物类型、分布和 数量。 (1)夹杂物沿铸坯厚度方向分布由金相法统计铸坯从内弧到外弧夹杂物分布如图6。由 45
大 样 电解法研究结果 钢 包和 中间包夹杂物 用 样模从钢 包和 中间包取钢样 ， 分 析结果如 表 。 由表 可 知 ①钢 包吹 后 ， ’ 钢 中大颗 粒 夹杂 含量仍然高达 钢 。 ② 第 炉开浇 不久 ， 中间 包钢水 中大颗粒夹杂 仍 然高达 球 钢 ， 当拉 坯长 度到 时仅为 。 钢 ， 这 说明使用双 挡墙的 中间包是有利 于夹杂 物 的上浮 。 ③连浇 换 钢包 时 ， 会使 中间包钢水夹杂物 重 新增加 ， 但随浇 注的进 行夹杂 物又下降 。 表 钢 包 、 中间包钢 中央杂物 住 编 号 取 样位 置 试 样量 ， 夹杂 总量 ， 夹 杂 量 ， 一 钢包吹 后 一 中 包 。 。 一 中间包 。 一 中’ 包 。 。 。 一 钢 包吹 后 一 中间包 。 。 一 中间包 。 。 钢包和 中间包夹杂 物形 貌如 图 照 片 。 夹杂 物大 多呈球型 ， 有的透明 ， 有 的呈乳 白色或 棕色 ， 主要组成为硅酸盐 。 板 坯 中夹杂物 从板 坯 的头 中尾部的试料上 ， 从 中心和 边缘部位切取试样 ， 分 析结 果如表 。 表 铸坯 中夹杂物数盆 编 号 部 位 试样量 ， 夹 杂总量 ， 夹杂量 ， 头部边缘 头 部中间 中部边缘 中部 中间 尾部边缘 尾 部中间 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 由表 可知 ①第一 炉开浇铸坯头部夹杂物含量较 高 ， 这 可 能与 中间包 清洁和开浇卷法 有关 。 ②铸 坯中部和尾部夹杂物含量较 低 ， 平均都小于 。 钢 ， 与 日本连铸坯夹杂物 含量水平相 当 。 。 金相检验结 果 沿 铸坯厚度从 内弧 到外弧切取 试 样 ， 以检查夹杂物类型 、 分布和 数量 。 夹杂 物沿 铸 坯厚度方向分 布 由金相 法统 计铸 坯从 内弧 到外弧夹杂物分 布如图 。 由
0.25m 图5到包(a)中间包(b)夹杂物形锐 Fig.5 The Inclusions morphology in ladle and tundish 图可知：①板坯沿厚度方向离内弧表面40mm 范围内有夹杂物集聚，都是内弧侧比外弧侧要 o Top of slab 高。②就板坯头中尾部相比，头部夹杂物最多，怎 o Mid of slab 。Toi1sfs1ab 尾部最少，这与大样电解的结果一致。这说明 10 提高板坯的纯净度还是有潜力的，从工艺操作 上应使铸坯中的夹杂物达到铸坯尾部的水平是 有可能的。 从铸坯中心部位切取试样检查表明：中心 部位硫化物比氧化物高，这是因为中心硫偏析 之故。 G 50 90 150180 Inner Slab thickness /'mm Outer (2)氧化物夹杂类型氧化物夹杂80%以 curve curve 上为球形，有的呈球缺，有的两球融合成一体。 图6板坯中夹杂彻分布 Fig.6 The distribution of inclusion 有以下类型（图7）：①锰铝榴石(3MnO·A12O3· in slab 3SiO2)呈均质透明状。其组成(wt%): Al20s20.96,Si0236.81,Mn041.35。②Mn0-SiO2-Al2O3系夹杂，有的锰铝榴石基体上 有MnO-Si02-A12Os析出物，有的基体上有Al2O3析出物。③FcO-SiO2-A12O3系，有的夹 杂物还含有MgO、TiO2。这类夹杂数量少，颗粒大，有的达560um。可能是卷入的炉渣或 耐火材料浸蚀物。 3.5浇注过程熔渣成分变化 从钢包、中间包和结晶器所取熔渣的化学成分分析表明：①钢包渣中F℃2Os达(11-19)%， 46
釜鬓 粼 图 钢 包 》 中间 包 夹 杂 物 形 貌 毛 砰 图可知 ① 板 坯沿 厚度方 向离 内弧 表 面 范 围 内有夹杂 物集 聚 ， 都 是 内弧侧 比外弧侧 要 高 。 ②就 板 坯头 中尾部相 比 ， 头部夹杂 物 最多 ’ 尾部最少 ， 这 与大 样 电解 的结 果一 致 。 这说 明 提 高板 坯 的纯净度还是有潜 力 的 ， 从工 艺操 作 上应使铸 坯 中的夹杂 物达到 铸 坯尾部 的水平是 有可 能的 。 从铸 坯中心部位切取 试样检查 表明 中心 部 位硫 化物 比氧化物高 ， 这 是 因 为 中心硫偏 析 之故 。 氧 化物夹杂 类 型 氧 化物夹 杂 写以 上 为球形 ， 有 的呈球 缺 ， 有 的两球融 合成一 体 。 有 以下类型 图 ①锰铝榴石 · · ︺曰 洲的‘叫协已﹁三 琳口 一 已 门门 」 巳 多 日 乡 板 坯 中夹 杂 物 分 布 呈 均质 透 明 状 。 其 组 成 ， 一， 。 ② 一 一 系夹杂 ， 有 的锰铝榴石 基体上 有 一 一 析 出物 ， 有 的基体上 有 析 出物 。 ③ 一 一 系 ， 有 的夹 杂 物还含有 、 。 这类 夹杂 数量 少 ， 颗 粒大 ， 有 的达 曲产 一 。 可 能是卷人 的炉渣或 耐火材料 浸蚀物 。 浇 注 过 程 熔渣 成分变化 从钢 包 、 中间包和 结 晶器 所取熔 渣 的化 学成分分 析 表 明 ①钢 包 渣 中 达 一