ESP 工藝鑄坯內大型夾雜物的研究

何 沖

（連云港亞新鋼鐵有限公司，江蘇 連云港 222523）

近幾年國內ESP 建設項目成井噴式發展，ESP 工藝的創新與發展,將帶來巨大的經濟效益和超強的產品競爭力。如果ESP工藝運行良好,我國鋼鐵企業可將其作為今后新建和改造熱軋帶鋼生產線的候選方案[1]。

關于CSP 連鑄薄板坯中夾雜物，國內已有了一些的研究結論，CSP 薄板坯潔凈度不如傳統厚板坯；以CSP 熱軋板卷生產的冷軋板缺陷率比傳統工藝熱軋板卷生產的冷軋板缺陷率高。液相穴內夾雜物不能上浮是CSP 薄板坯的潔凈度不如傳統工藝厚板坯的主要原因[2]。為了進一步開發新的品種，有必要對ESP工藝下鑄坯內夾雜物進行研究。由于ESP 工藝是全無頭軋制，進行鑄坯內夾雜物研究難度更大，為此，只有對生產過程中因軋制異常等情況下產生的板坯進行取樣檢驗。我們收集了ESP 生產線的部分鑄坯樣，委托某鋼鐵院校對鑄坯樣進行電解分析，并詳細記錄相關參數，得出了一些研究結論和控制夾雜物的方向。

1 研究方法

采用陽極泥法提取鑄坯中大型夾雜物,將電解后的夾雜物用進口JSM-6480LV 型掃描電鏡（帶能譜分析）觀察，并對夾雜物成分進行能譜分析。

取不同鑄機生產過程中的10 個試樣，研究鋼種為SPHC。不同鑄機的鑄坯距窄面1/4 相距1000mm，上下表面分別為鑄坯厚度1/4 處。

2 實驗結果

2.1 鋼中大型夾雜物分析結果

表1 鋼中大型夾雜分析結果

從夾雜物分析結果（表1）可以看出，ESP 鑄坯中大型夾雜物粒徑在80μm ～140μm 和140μm ～300μm 居多，典型形貌見圖1、圖2，試樣E26192 中粒徑＞300μm 的夾雜物超過了35%。

圖1 80μm ～140μm 夾雜物放大20 倍照片

圖2 140μm ～300μm 夾雜物放大20 倍照片

2.2 夾雜物分類

通過對電解出來的夾雜物的歸類，發現大型夾雜物主要可分為四類：含K/Na 類夾雜物、Al2O3類夾雜物、含鈦類夾雜物以及硅酸鹽類夾雜物。如表2 所示，試樣E27362 東的主要夾雜物類型為Al2O3類夾雜物，試樣E27362 西的主要夾雜物類型為K/Na 類夾雜物，試樣E24035 上表面和下表面的主要夾雜物類型為Al2O3類夾雜物，試樣E35427 上表面的主要夾雜物類型為Al2O3類夾雜物，試樣E35427 下表面的主要夾雜物類型為含鈦類夾雜物，試樣E27231 東上的主要夾雜物類型為Al2O3類夾雜物，試樣E27231 西上的主要夾雜物類型為含鈦類夾雜物，試樣E26192 東上和西上的主要夾雜物類型為含鈦類夾雜物。

表2 各試樣中夾雜物結果與分析

2.3 夾雜物來源分析

2.3.1 K/Na 類夾雜物

此類夾雜物很可能是外來夾雜物，其來源可能是爐渣卷入，其中包括煉鋼爐渣、中間包覆蓋劑和結晶器保護渣。RH 出站的精煉渣為高堿度Al2O3渣，渣中SiO2含量較低，基本不含堿金屬氧化物，所以來源不可能是RH 出站的精煉渣。結晶器保護渣中堿金屬氧化物和氟化物含量較高，而中間包覆蓋劑則相對較低，所以來源更可能是結晶器保護渣。

2.3.2 Al2O3類夾雜物

此類夾雜物可能是外來夾雜物，其來源可能是中間包覆蓋劑，中間包覆蓋劑的Al2O3含量高，而結晶器保護渣含量很低。對于顆粒狀Al2O3夾雜物，其由許多Al2O3粒子聚合形成，且發生了燒結現象，這與浸入式水口的結瘤物較為相似，所以可以推測這些夾雜物可能來源于水口內壁結瘤物，當然也有可能是鋁脫氧產物聚合在一起形成的。

2.3.3 含鈦類夾雜物

由表3 可以看出試樣的東側和下表面容易富集Ti 類夾雜物。中間包覆蓋劑的渣粒一般為不規則形狀，渣粒中包含較高Al、Si、Ca 和一定量的Ti，而中包渣TiO2的含量相對較高，結晶器保護渣較低，又由于由熱力學計算可知，在精煉和連鑄溫度下，并不能穩定地生成含Ti 類夾雜物，編號E27231 和E26192 試樣為停澆爐次，且含Ti 類夾雜物較多，所以含Ti 類夾雜物更可能來源于中間包覆蓋劑的卷渣。

2.3.4 硅酸鹽類夾雜物

中間包覆蓋劑和結晶器保護渣中的SiO2均較高，所以二者均有可能為鑄坯中硅酸鹽類夾雜物來源。鋼包和中間包耐材為Mg-C 磚，SiO2含量很低；而浸入式水口結瘤物成分主要為Al2O3粒子，SiO2的含量也較低，所以這兩種因素均不太可能為鑄坯中硅酸鹽類夾雜物的主要來源。另外硅酸鹽類夾雜物的來源還可能是二次氧化。

3 夾雜物控制方向

3.1 鈣處理控制

根據文獻[3]，CSP 流程鈣處理主要是解決鋼水連澆性問題，因此，鈣處理后鋼中夾雜物應呈液態，即為液態CaO-Al2O3夾雜或含有少量CaS 的CaS-CaOAl2O3復合夾雜。為較好的實現鈣處理對夾雜物變性，應同時考慮鋼中Ca、Al、S 含量；當鋼中w（Al）=0.02%～0.035%時，為生成液態鈣鋁酸鹽夾雜，w（Ca）最佳控制范圍為0.0008%～0.0015%，為避免純CaS 夾雜的生成，鋼中w（S）應控制在0.003%以內。從成分控制情況來看（見表3），w（S）、w（Al）比較符合相關研究，E27362、E27231 和E26192 的w（Ca）偏高，但鈣處理效果較好，生產過程并未發現棒位上漲和水口絮流問題。為滿足夾雜物變性要求并控制好煉鋼成本，無論BOF-LF-CC 還是BOF-LF-RH-CC 的工藝流程，在最后一道精煉工序精確控制金屬鈣線的喂入量都是十分必要的，在工業生產中需重點關注轉爐裝入量和鈣線質量的穩定性。

表3 成分控制情況

3.2 結晶器液面控制

根據王現輝研究得出的結論[4]，CSP 鑄坯中的大型夾雜物主要來源于保護渣卷渣,尺寸350μm 以下的大多為圓球形狀的Si-Al-Ca 類夾雜物，常規拉速4.7m/min ～5.0m/min 夾雜物尺寸一般在390μm 以下。拉速越大夾雜物容易上浮的臨界直徑越大,因而鑄坯中越容易捕獲大直徑夾雜物。

ESP 工藝常規拉速5.0m/min ～5.7m/min，取樣爐次拉速4.74m/min ～5.52m/min，與CSP 工藝相近，使用電磁制動（EMBr）時，可以大大減弱結晶器液面的波動，也就意味著可以減輕結晶器的卷渣。在本項研究中，有的試樣也檢測出了K/Na類夾雜物，但E272311 的東上和西上試樣均沒有檢測出K/Na 類夾雜物，證明在對應斷面、拉速和工藝流程下電磁制動對控制結晶器液面波動是有效果的。

4 結語

（1）ESP 工藝鑄坯內夾雜物含量較多，大型夾雜物主要可分為四類：含K/Na 類夾雜物、Al2O3類夾雜物、含鈦類夾雜物以及硅酸鹽類夾雜物。

（2）澆鑄過程，做好保護澆鑄，防止鋼水二次氧化，穩定中包液面、結晶器液面減弱中包液面以及結晶器液面波動，降低中包覆蓋劑以及保護渣的卷入從而降低硅酸鹽類、K/Na 類夾雜。

（3）穩定裝入量和出鋼量，精準控制鈣線喂入量既能降低成本又能很好的減少鋼液中夾雜物的含量。