鞍钢1700ASP连铸生产低碳铝镇静钢中大型夹杂物的研究

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张文，姚伟智，赵爱英，刘振中

（鞍钢股份有限公司热轧带钢厂，辽宁鞍山，114021，）

摘要：通过对鞍钢ASP1700中薄板坯连铸机生产冷轧用低碳铝镇静钢精炼及连铸过程取样，对样品进行电解后，进行扫描电镜分析，对钢中大型夹杂物进行研究，并通过优化工艺降低了钢中大型夹杂物比例。

关键词：夹杂物；ASP；中薄板坯连铸机；

1 前言

钢中夹杂物一般是指非金属夹杂物，是存在于钢中的颗粒。由于它们的种类、大小、数量和分布不同，对钢产品的加工性能和使用性能会产生不同的影响。夹杂物的尺寸对钢性能有重大影响，来源于渣或耐火材料的大型夹杂物由于尺寸粗大及形状不规则，对疲劳性能尤为有害。随着夹杂物尺寸的增大，循环应力区将扩大，因此，大夹杂物将产生较大的拉应力，使裂纹形核提前。

1700中薄板坯连铸连轧（ASP）生产线是我国第一条自行设计、制造、技术总负责并拥有自主知识产权的短流程热轧带钢生产线，它是一套由中薄板坯连铸机、带有长行程装钢机的超宽步进式加热炉、初轧机、热卷箱、飞剪、精轧机、卷取机组成的短流程连铸连轧生产线。中薄板坯连铸机采用奥钢联的连续弯曲连续矫直低头立弯型铸机。由于中薄板坯连铸机与普通板坯连铸机以及薄板坯连铸机相比，有着自身的特点，钢中存在的大型夹杂物制约着板卷的质量，因此对钢中大型夹杂物的行为进行研究，找出其中规律，对优化ASP连铸工艺，提高产品质量有重大意义。

2 试验方案及方法

所取钢种为低碳铝镇静钢SPHD，其化学成份如表1所示。

表1 SPHD钢种化学成分

Table 1 Chemical compositions of SPHD steels

成份	C/％	Mn/％	P/%	S/%	Als/%
范围	<0.10	<0.50	<0.040	<0.040	<0.050

鞍钢ASP1700线连铸工艺流程为转炉出钢→炉外精炼（LF，RH）→中薄板坯连铸机，为研究整个流程中夹杂物行为，跟踪同一罐钢水分别在LF精炼站（LF炉进站，LF炉出站）、中间包、连铸坯（浇注过程中延拉坯方向在每个浇次的中部）取样，并将试样加工成电解样，如图1所示。对电解样进行非水溶液电解，对其中夹杂物行为进行研究。

3 试验结果与分析

3.1 夹杂物定量分析

通过电解，并称量所得夹杂物后，得到了钢中不同尺寸夹杂物数量随着冶炼进程的变化规律。结果如图4所示。

由图中可以看出，LF炉到站钢水中夹杂物以尺寸5μm以下比例最大，随着工序的进行，尺寸小的夹杂物比例随冶炼进程逐渐减少，而较大尺寸的夹杂物比例逐渐增多，特别是50～100μm的大型夹杂物，出现这种现象的主要因素应为LF处理过程中，钢水氩气搅拌过大，造成钢液卷渣或耐材卷入，未及时上浮，而中间包去除夹杂物的效果也不明显，加之中薄板坯连铸机拉速较快，夹杂物在结晶器中上浮困难而凝固在铸坯中，导致夹杂物中大型夹杂物的比例增加。

3.2 夹杂物形貌及能谱分析

对各工序样品进行扫描电镜分析，得到其中大型夹杂物形貌。

在扫描电镜照片中可以看出，在各工序中存在的大型夹杂物，此类夹杂物大的尺寸达到100μm以上，应为钢水卷渣及耐火材料卷入等造成，属外来夹杂物。

通过能谱分析，在各个工序的试样中均存在这种不规则形状大型夹杂物，尤其是在LF炉出站后更为明显，主要为不规则形状的含铝硅酸盐或氧化钙、氧化铁等，为钢水卷渣或耐材卷入造成的外来夹杂物。

表2 大型夹杂物化学成分

Table 2 Chemical composition of big inclusions

元素	O	Mg	Al	Si	Ca	Fe
W%	31.81	1.93	8.53	8.37	37.39	11.35

4 工艺优化及效果分析

4.1 优化LF精炼炉处理工艺

4.1.1 选用合适配比的精炼渣，加强吸附夹杂的能力

LF精炼炉采用CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO-CaF₂渣系，由于CaF₂的分解反应，只在精炼初期起助熔作用，随着精炼过程的进行，CaF₂越来越少，最终形成CaO-SiO₂-Al₂O₃-MgO渣系，通过一系列试验摸索，得到合适配比的精炼渣。这种精炼渣的特点是：

（1）熔点低，脱硫能力强；吸附夹杂能力强；

（2）硫的分配系数高，硫容量大；回硅量小；

（3）碱度高；

（4）氧化性大大降低了，一般（FeO MnO）<1%，渣子呈白色或浅绿色。

4.1.2 优化LF精炼炉搅拌制度

延长LF精炼炉处理时间，使用电石替代部分铝线脱氧以确保钢水中Als在200×10^-6～500×10^-6，以减少钢中用铝脱氧产生的Al₂O₃夹杂物的量，出站后还要保证小氩气量搅拌3min，尽可能将大于20µm的夹杂物全部排除掉。

4.2 优化中间包冶金技术

4.2.1 扩大中间包容量

中间包容量越大，钢水在中间包停留时间越长，夹杂物就有充分时间上浮，钢水就越纯净；在换钢包时，在铸机拉速恒定情况下，可保持中间包液面稳定，防止液面低于临界值而产生旋涡，将中间包覆盖剂卷入钢水中产生夹杂。

4.2.2 使用新型中间包湍流器

由中间包容量与中间包钢水流量求出的钢水停留时间称为理论停留时间，钢水理论停留时间越长，夹杂物去除越充分，钢水越洁净。然而实际生产中，中间包内钢水流动是不均匀的，有的地方快，有的地方慢，尤其是中间包底部区域存在不活跃的钢水停滞区，夹杂物上浮困难。钢水在中间包的实际停留时间要比理论上平均停留时间要短。为了充分有效的利用中间包，促进夹杂物上浮，采取的措施是在原有挡墙和坝的基础上，在大包长水口冲击区增加一个湍流器，来限制钢包长水口的高速注流对中间包钢水流动的不利影响，改善中间包钢水的流动特性，促进夹杂物上浮，减轻钢包开浇或更换时由于注流冲击造成的钢水飞溅，减少钢水中由于中间包内衬侵蚀造成的外来夹杂物，湍流器简图见图11。