非金屬夾雜物對連鑄坯質(zhì)量的影響

李 玲

（貝斯山鋼（山東）鋼板有限公司，山東 濟(jì)南250101）

1 前言

隨著國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，中厚板在各行各業(yè)的需求越來越大，尤其工程機(jī)械、礦山機(jī)械等行業(yè)對中厚板質(zhì)量提出了更高的要求。而影響中厚板質(zhì)量、性能的重要因素之一就是鋼中的非金屬夾雜物，因?yàn)殇撝蟹墙饘賷A雜物的來源廣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、很難控制，并且對鋼材的危害性大。因此對中厚板連鑄坯中非金屬夾雜物的影響因素進(jìn)行分析，從而提出控制中厚板連鑄坯中非金屬夾雜物的措施意義重大。

鋼中非金屬夾雜物的存在是影響鋼制品性能的重要因素，有時(shí)甚至是決定性因素。夾雜物對鋼力學(xué)性能和工藝性能的影響，主要是降低材料的塑性、韌性、疲勞性能和耐腐蝕性能，尤其當(dāng)夾雜物以不利的形狀及分布特征存在時(shí)，對材料的機(jī)械性能影響更為嚴(yán)重。

2 鑄坯內(nèi)非金屬夾雜

2.1 鑄坯內(nèi)非金屬夾雜的成因

鋼坯中夾雜物的產(chǎn)生是多種多樣的，通常認(rèn)為其主要因素有二次氧化產(chǎn)物、中間包渣的進(jìn)入、脫氧中的產(chǎn)物、結(jié)晶渣、鋼（中間）包耐材的熔化等，其影響程度與所使用的耐磨材料、機(jī)器的類型和操作手法不同而有所不同。

氧化夾雜的形成原因：當(dāng)鋼液凝固時(shí)，在溫度降低和顯微偏析的作用下，鋼中的O、S等元素與鋼中Si、Mn等元素，在生長的樹枝晶空間產(chǎn)生反應(yīng)，形成氧化物、硅酸鹽、硫化物等雜質(zhì)，殘留在凝固的鑄坯內(nèi)形成微觀夾雜。

2.2 非金屬夾雜對鑄坯和成品質(zhì)量的影響

研究分析，非金屬夾雜物的存在對鑄坯、成品中厚板成品質(zhì)量影響較大，主要危害有：使鑄坯易產(chǎn)生表面裂紋（表面縱裂、角部橫裂）、夾渣等缺陷，使成品鋼板的質(zhì)量、性能（塑性、韌性、疲勞性能）降低。

非金屬夾雜物對產(chǎn)品質(zhì)量的影響主要由兩方面因素決定：一是軋材的規(guī)格、使用性能的要求以及軋制力的大小；二是夾雜物在連鑄坯中的尺寸。宏觀夾雜物對成品的危害很大，而微觀夾雜對其質(zhì)量的影響就比較小。由于鋼材形狀的不同，夾雜物對其性能影響也不同，對條鋼、棒材和線材影響較小，而對板材來說，要有嚴(yán)格的夾雜物要求。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)用于深沖用的低碳鎮(zhèn)靜鋼，當(dāng)氧化夾雜物超過50μm時(shí)鋼板就會(huì)產(chǎn)生分層。

2.3 鑄坯內(nèi)部夾雜的影響因素

鑄坯內(nèi)部非金屬夾雜的影響因素可從機(jī)型、脫氧方式、二次氧化、耐火材料、中間包覆蓋劑、保護(hù)渣、浸入式水口和液面結(jié)殼方面進(jìn)行分析。降低進(jìn)入結(jié)晶器內(nèi)的夾雜物含量是控制鑄坯夾雜物的關(guān)鍵措施。

（1）機(jī)型。發(fā)現(xiàn)對于彎曲型鑄機(jī)而言，大型夾雜物的聚集位置一般在鑄坯內(nèi)弧側(cè)厚度的1/4至1/5的地方。立彎式和立式鑄機(jī)沒有出現(xiàn)大型夾雜物的聚集，只在鑄坯厚度的中心部分發(fā)現(xiàn)有夾雜物聚集的現(xiàn)象。微觀夾雜物主要為懸浮在鋼中的脫氧產(chǎn)物，在鋼中是均勻分布的，未發(fā)現(xiàn)聚集問題。

（2）脫氧方式。選用何種脫氧方式?jīng)Q定了鋼中一次脫氧產(chǎn)物的數(shù)量和種類，只有減少脫氧產(chǎn)物的生成和促進(jìn)脫氧產(chǎn)物的分離，才能有效降低澆注時(shí)所產(chǎn)生的危害。另外，適當(dāng)加入脫氧劑也可以助力脫氧產(chǎn)物的分離；此外通過真空脫氣、充氬等惰性氣體攪拌和鈣處理等方式都是行之有效的方法。

（3）二次氧化。對清潔鋼的生產(chǎn)要注意澆注過程中的無氧化澆注，采用合理的保護(hù)澆注方法，例如開澆前中間包吹氬，用來驅(qū)趕中間包內(nèi)的空氣。

（4）耐火材料。與鋼水接觸的中間包包襯、塞棒、浸入式水口等都會(huì)產(chǎn)生化學(xué)侵蝕或機(jī)械沖刷，而為此脫落的耐火材料會(huì)懸浮于鋼水里，而且越貼近結(jié)晶器就越不容易排除，成為大型夾雜物。所以應(yīng)選用耐火度較高的材料，也可根據(jù)鋼種特點(diǎn)，使用難于被鋼水和渣子溶損的中性或堿性耐材。

（5）中間包覆蓋劑。中間包覆蓋劑的作用很明顯，就是吸附上浮夾雜物，選擇中性或者堿性渣應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況來確定。

（6）保護(hù)渣。由于浸入式水口的偏流和液面波動(dòng)大等因素，導(dǎo)致保護(hù)渣被卷入鋼水，不能上浮，在鑄坯中形成夾雜。選用具有良好的吸收、溶解夾雜物能力的保護(hù)渣，采用提高液渣黏度，提高渣鋼界面張力，提高鋼水過熱度，減少振痕深度，都能減少液渣粘附在彎月面上。

（7）浸入式水口。浸入式水口的形狀決定了相穴內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)，也決定了坯子寬度方向夾雜物的分布。如果使用倒V型水口，其寬面中心和兩側(cè)鋼液的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度與1/4處的流動(dòng)是不同的，從而易造成夾雜物的聚集。總的來說，由于注流引起的非對稱性流動(dòng)，夾雜物在鑄坯寬度方向的分布是不對稱的。當(dāng)鋼水的浸入深度大時(shí)，內(nèi)弧夾雜物的聚集就越嚴(yán)重，那么可以根據(jù)注流浸入的深度，采用立彎式鑄機(jī)，利于夾雜物的充分上浮。

（8）液面結(jié)殼。液面結(jié)殼是在結(jié)晶器液面的保護(hù)渣下不是液態(tài)的鋼水，而是結(jié)成固體的外殼，它在鋼水的表面之上，保護(hù)渣之下。液面結(jié)殼影響保護(hù)渣對夾雜物的吸收，易形成粗大的夾渣。

3 非金屬夾雜物的控制措施

3.1 優(yōu)化轉(zhuǎn)爐工藝

在轉(zhuǎn)爐冶煉時(shí)，提高冶煉終點(diǎn)的命中率，使鋼水成分、溫度均符合出鋼的要求。轉(zhuǎn)爐出鋼時(shí)必須要進(jìn)行擋渣，以防止氧化渣進(jìn)入鋼包對鋼水產(chǎn)生二次污染。合金加入時(shí)要確保其潔凈，不帶入新的雜質(zhì)。另外，轉(zhuǎn)爐冶煉過程中要盡量降低終點(diǎn)氧溶，這是產(chǎn)生夾雜物的源頭。

3.2 精煉過程控制

在RH精煉過程中，要對鋼水潔凈度進(jìn)行重點(diǎn)控制，不僅要讓已生成的夾雜物充分上浮分離，而且要避免新生非金屬夾雜物的生成。鋼水在精煉時(shí)必須控制好鋼中ALS（酸溶鋁）、CaS含量。

3.3 采用保護(hù)澆鑄

在鋼水澆鑄的過程中，要避免鋼水的二次氧化污染。二次氧化產(chǎn)生的夾雜物組成復(fù)雜、尺寸大、形狀不規(guī)則，且在鋼中呈偶然性分布。這些夾雜物在澆鑄過程中有的上浮、有的存留在鋼中，形成大顆粒夾雜物，對產(chǎn)品質(zhì)量帶來極大的危害，是影響鋼板表面質(zhì)量及裂紋的主要原因。

連鑄應(yīng)采取無氧化澆注，穩(wěn)定中包液位，特別是連澆時(shí)，要避免低的中包液位。中包鋼水液位低易產(chǎn)生渦流造成中包渣被卷入結(jié)晶器，形成連鑄坯的皮下夾雜。防止這些夾雜的主要措施有：大包保護(hù)采用長水口、熱熔性密封墊吹氬環(huán)密封及保護(hù)渣等措施，中間包到結(jié)晶器采用內(nèi)裝浸入式水口加保護(hù)渣，大包和中間包加包蓋。

3.4 選擇質(zhì)量較好的耐火材料

鑄坯中大型非金屬夾雜的主要來源是鋼包包襯、中間包包襯、塞棒和水口。這是由于鋼液和鋼渣中某些元素與耐火材料產(chǎn)生理化反應(yīng)以及耐火材料熔損的結(jié)果。

控制的措施可采用含SiO2低、耐熔性好，致密性高的堿性或中性耐火材料的鋼包、中間包。

3.5 選擇優(yōu)質(zhì)的保護(hù)渣

結(jié)晶器內(nèi)所使用的保護(hù)渣的性能非常重要，既要能防止鋼水的二次氧化，又要有吸收結(jié)晶器中上浮夾雜物的功能。對保護(hù)渣的要求必須具有熔點(diǎn)低、鋪展性能好、黏度小、熔速快、絕熱性好等特點(diǎn)。

4 結(jié)語

通過對轉(zhuǎn)爐冶煉、精煉、連鑄等工序的工藝及原材料控制，可以有效降低非金屬夾雜物的含量，進(jìn)而減少連鑄坯和成品鋼板的質(zhì)量缺陷，提高產(chǎn)品質(zhì)量。