降低鐵基納米晶合金帶材制備過(guò)程堵嘴率的方法★

李 博

（太原鋼鐵（集團(tuán)）電氣有限公司， 山西 太原 030003）

鐵基納米晶合金作為21 世紀(jì)新型綠色節(jié)能材料，是太鋼新材料事業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目。鐵基納米晶帶材制備過(guò)程中出現(xiàn)堵嘴情況不僅會(huì)導(dǎo)致制帶過(guò)程的中斷，也會(huì)直接導(dǎo)致帶材出現(xiàn)厚度偏差和表面缺陷。降低鐵基納米晶合金帶材制備過(guò)程堵嘴率的方法，由堵嘴的直接因素嘴縫結(jié)瘤、堵塞入手，系統(tǒng)分析了結(jié)瘤物和堵塞物的成分、來(lái)源，采取斷源、保護(hù)的針對(duì)措施，有效降低了堵嘴情況的發(fā)生，極大保證了帶材制備的順行、提高了帶材合格率，導(dǎo)致質(zhì)量降低、成本升高。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

鐵基納米晶帶材對(duì)厚度、板型要求高，厚度在22 μm，偏差為±1 μm，表面不能有劃痕、棱等缺陷。鐵基納米晶帶材制備過(guò)程中，鋼液要從厚度為0.23 mm的噴嘴縫隙中流出，噴到高速冷卻器上，直接成型。噴嘴嘴縫處出現(xiàn)結(jié)瘤或者堵塞時(shí)造成堵嘴的直接因素，為找到根本因素，需要對(duì)已產(chǎn)生的結(jié)瘤和堵塞物進(jìn)行成分分析，找到產(chǎn)生的結(jié)瘤和堵塞物的來(lái)源。

留置發(fā)生堵嘴的噴嘴，使用掃描電鏡對(duì)噴嘴殘留物進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)圖1，圖2。

圖1 噴嘴殘留物1 微觀組織和能譜分析

為找到以上殘留物的來(lái)源，對(duì)母合金鋼液、母合金渣子、噴嘴進(jìn)行取樣，采用掃描電鏡對(duì)母合金夾雜進(jìn)行了分析，對(duì)與鋼液接觸的耐火材料進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見(jiàn)圖3，圖4 和表1。

圖2 噴嘴殘留物1 微觀組織和能譜分析

圖3 母合金微觀組織和能譜分析

圖4 噴嘴斷裂面微觀組織和能譜分析

表1 與鋼液直接接觸的耐材化學(xué)分析 %

2 結(jié)果與討論

2.1 導(dǎo)致堵嘴的主要因素

通過(guò)對(duì)對(duì)噴嘴殘留物的分析，圖1 顯示噴嘴殘留的主要氧化物為Al2O3、SiO2、ZrO2，Al2O3是一種高硬度的化合物，熔點(diǎn)為2 054 ℃，具有吸附劑作用，SiO2熔點(diǎn)為（1 650±50）℃，吸附性強(qiáng)，ZrO2熔點(diǎn)約2 700 ℃抗沖擊性優(yōu)良。鐵基納米晶制帶溫度在1 350 ℃，該溫度下，以上化合物成固態(tài)狀，并吸附在噴嘴嘴縫處，形成結(jié)瘤[1]，是導(dǎo)致堵嘴的主要因素。圖2 顯示噴嘴殘留物主要為Fe、Si、Nb、Cu 的氧化物，為鐵基納米晶合金主元素發(fā)生氧化產(chǎn)生的，是堵嘴后鋼液殘留在噴嘴上、冷卻后發(fā)生氧化導(dǎo)致，不是堵嘴的原因。

2.2 堵嘴因素的主要來(lái)源

通過(guò)對(duì)母合金鋼液、母合金渣子、大內(nèi)包、與鋼液直接接觸的耐材的分析，圖3 顯示重熔后的母合金夾雜主要以MnS 為主，而且尺寸在1～2 μm 左右，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)氧化物夾雜，因此，根據(jù)目前分析結(jié)果，冶煉過(guò)程中鋼液生成的夾雜物并不會(huì)引起的水口結(jié)瘤。

噴嘴采用復(fù)合氮化硼材質(zhì)，將噴嘴拉斷，取無(wú)污染的斷面進(jìn)行分析，圖4 顯示噴嘴中含有Zr、Al、N、B 的化合物，重熔結(jié)束后，澆鋼過(guò)程到制帶過(guò)程，鋼液可接觸到的耐火材料的成分分析如表1 所示，該部分耐火材料不含ZrO2，由表1 和圖4 分析可知，導(dǎo)致堵嘴的ZrO2來(lái)源于噴嘴。

表1 中耐火材料均含Al2O3，其中過(guò)濾網(wǎng)、中注漏斗、石棉墊含量大，是導(dǎo)致堵嘴因素Al2O3的主要來(lái)源。

表1 中耐火材料均含SiO2，圖1 顯示鐵基納米晶合金鋼液在澆鋼和靜置過(guò)程中均會(huì)產(chǎn)生氧化，是導(dǎo)致堵嘴因素SiO2的主要來(lái)源。

3 采取的措施

1）采取含Al2O3低的耐火材料替代目前含Al2O3高的耐火材料，降低Al2O3的影響：采用擋渣板替代過(guò)濾網(wǎng)，陶瓷纖維紙?zhí)娲迚|，采用石墨漏斗替代現(xiàn)有中注漏斗。

2）采用純氮化硼噴嘴替代復(fù)合氮化硼噴嘴，降低ZrO2的影響。

3）在澆鋼時(shí)進(jìn)行氬氣保護(hù)、在中間包內(nèi)充入氬氣進(jìn)行保護(hù)，降低止?jié)蹭摵挽o置時(shí)，鋼液氧化的影響[2]。

4 結(jié)論

1）影響鐵基納米晶制備過(guò)程堵嘴的關(guān)鍵因素在于Al2O3、SiO2、ZrO2的產(chǎn)生，主要來(lái)源為耐火材料帶入，可通過(guò)使用含堵嘴氧化物低的耐火材料替代，降低堵嘴率。

2）母合金夾雜主要以MnS 為主，而且尺寸在1～2 μm 左右，未發(fā)現(xiàn)氧化物夾雜不會(huì)引起的水口結(jié)瘤導(dǎo)致堵嘴。

3）鐵基納米晶合金鋼液在澆鋼和靜置過(guò)程中均會(huì)產(chǎn)生氧化，形成SiO2導(dǎo)致堵嘴，可采用澆鋼、靜置時(shí)氬氣保護(hù)，減少氧化，降低堵嘴率。