攀钢连铸板坯非金属夹杂物现状调查.doc

攀钢连铸板坯非金属夹杂物现状调查.doc 攀钢连铸板坯非金属夹杂物现状调查 严学模 杜德信 陈 渝 仲剑丽 王地君 摘 要 根据对攀钢连铸板坯中非金属夹杂物现状的调查，了解了09CuPRe_B钢连铸坯中夹杂物的 状况及在生产过程中的变化情况，得到的结果可作为攀钢生产洁净钢的依据。 关键词 连铸板坯 球形夹杂物 洁净钢 INVESTIGATION OF NON-METALLIC INCLUSIONS IN CONTINUOUS CAST SLAB PRODUCED AT PANGANG Yan Xuemo Du Dexin Chen Yu Zhong Jianli (Panzhihua Iron & Steel Research Institute) Wang Dijun (V-Recovery and Steelmaking Plant of Pangang) Abstract Based on the results of investigation on non-metallic inclusions in continuous cast slab produced at pangang,non-metallic inclusions situation in continuous cast slab of 09CuPRe-B steel and their change during production were understood.The results obtained are used as the basis of clean steel production at Pangang. Key Words continuous cast slab,spheroidal inclusions ,clean steel 1 引言 众所周知，连铸坯中非金属夹杂物的种类、数量、尺寸及分布是衡量连铸坯质量的一个重要 指标。近年来，钢铁市场竞争日益激烈，用户对钢材质量要求也越来越高，为改善铸坯质量，扩 大连铸品种和满足用户的高要求，攀钢与东北大学共同研究了攀钢现工艺条件下连铸坯非金属夹 杂物的现状及其来源。本文主要针对攀钢09CuPRe连铸坯中非金属夹杂物的现状及生产过程中夹杂 物变化情况进行分析和探讨。 2 工艺条件和试验方法 攀钢转炉公称容量120 t，铸机型号为1 350 mm两机两流板坯连铸机，生产工艺如图1所 示。 图1 攀钢炼钢—连铸工艺流程 试验方法如下: 试验在中间包的一个浇次上进行，共浇5炉，铸坯总长188.5 m，钢种为09CuPRe-B。铸坯样按 整个浇次的前中后期、混坯时切取，4块坯样分别距头部5.2 m,37.1 m,90.0 m,183.4 m。 试验坯断面为1 050 mm×200 mm,沿铸坯纵向垂直切取试样，长度为(100?5) mm。整块试样 沿断面刨平、抛光、做硫印检验，然后在坯样上切出大电解样和10块20 mm×20 mm×15 mm的试样，取样位置见图2。 图2 铸坯取样位置 A—金相夹杂及扫描电镜分析试样;B，C—大电解试样 4块坯样共切取6块大电解样，加工成，进行电解夹杂总量测定。4块坯样共切取20 mm×20 mm×15 mm试样40块，将其磨平抛光后在MEF—3金相显微镜下做全面鉴定，测定夹杂物尺寸及数量。对典型夹杂物做电子扫描电镜检查，以确定夹杂物的组成和基本类型。 为了了解生产过程中夹杂物出现规律，试验采用全程跟踪、系统取样的调查方法。中间包用焊制的金属取样器取大样，样模为圆柱形封闭式，上口焊一薄壁挡渣钢板。结晶器用机械真空取样器取钢样。其余钢样用连铸成品样模取出。 3 试验结果 3.1 硫印检验 4块铸坯均为中心窄带状偏析，在中心至内弧侧的中间部位有一些点状偏析，但很轻微。4块铸坯硫偏析相似，宏观可见中部铸坯硫偏析较轻微。由硫印推测，铸坯柱状晶组织发达，中心粒状晶带较窄。 3.2 金相检验 3.2.1 铸坯样球形夹杂物的数量和面积 球形夹杂是夹杂物的主体，按直径10,17 μm,20,29 μm,30,39 μm,40,49 μm,?50 μm分别计数，计算面积时10,19 μm按实际观察取平均直径为12 μm，20,29 μm取24 μm，?30 μm按实际直径计算。 按,30 μm，30,50 μm，?50 μm分级，不同炉次铸坯由内弧到外弧的夹杂物数量变化见图3。由图3可见，在内弧侧60 mm处夹杂物数量呈现高峰，在外弧侧20 mm处夹杂物又呈增长趋势。 图3 不同炉次铸坯试样上球形夹杂物数量的变化 由内弧到外弧合计的夹杂总数量头坯、混坯、中间坯、尾坯分别为1 480，306，145和521个， 2夹杂总面积分别为412 372，119 693，57 388和132 610 μm。由此可知，夹杂数量和面积由多到少的排列次序为:头、尾、混、中间坯，其中以中间坯最纯净。 4块铸坯的40件试样中?50 μm夹杂总计有22个，其中,100 μm的有2个，其数量占夹杂总量比例微小;?50 μm夹杂主要集中在铸坯内弧侧60mm附近。 3.2.2 其它取样点球形夹杂检验结果 为了解生产过程中球形夹杂物数量和面积的变化情况，分别在炉后吹氩站、LF炉、中间包、结晶器等处取样分析检验钢中球形夹杂物情况。 (1)吹氩站:图4为吹氩前后不同直径球形夹杂的数量和面积。?50 μm的夹杂出现在吹氩前，吹氩后未见，数量低于总量的1%。可见经吹氩后夹杂的数量和面积有大幅度减少，表明吹氩对降低夹杂有明显效果。 (2)LF炉:图5为不同炉次LF炉吹氩前后夹杂数量和面积的变化。试验中发现由于吹氩参数控制不当造成球形夹杂数量和面积呈增长趋势，其中主要是直径,30 μm的夹杂增长。在LF炉吹氩前后，?50 μm的夹杂未出现。 (3)中间包:中间包前、中、后期夹杂数量分别为89，210，225个，夹杂物面积分别为13 459， 242 666，39 391 μm。夹杂物数量按量和面积的比较前、中、后期，面积按前、后、中期呈增长趋势。 图4 不同炉次吹氩前后球形夹杂物数 (4)结晶器:不同炉次结晶器中球形夹杂物数量和面积变化见图6。中期夹杂物数量和面积较少，而前、后期高于中期。?50 μm夹杂在9次取样中出现10个，说明随浇注进行，中间包钢中的夹杂、熔渣、被熔损的耐火制品有的被注流卷入结晶器钢液中。 图5 LF炉吹氩前后球形夹杂物数 量和面积的变化 6 结晶器前中后期球形夹杂物数 图 量和面积的变化 (5)生产流程:图7为沿生产流程夹杂数量和面积的变化，钢水吹氩前到LF炉吹氩前夹杂明显减少，LF炉处理后有增加趋势。按数量在中间包内达到次高点，按面积在结晶器内达到次高点。?50 μm夹杂数量在炉后吹氩前、结晶器中达到双高点，炉后吹氩后到LF炉吹氩后未发现大颗粒夹杂。 图7 不同炉次沿生产流程试样上球形 夹杂物数量和面积的变化 3.2.3 非球形夹杂物的数量 除球形夹杂物外，试样上还发现非球形夹杂物，主要是三角形和其它不规则形状，统称为角粒形夹杂。按其长边凡在显微测微尺上截距大于50 μm者据实计数。由于角粒形夹杂形状不规则，未计算其面积。 检验表明，吹氩站、LF炉、中间包和结晶器试样中?50 μm角粒形夹杂物数量总计为3个，最大直径为100 μm。 铸坯样检验表明，?50 μm角粒形夹杂头部坯有8个，最大粒径为200 μm;混坯为10个，最 大粒径为120 μm;中间坯有15个，最大粒径为100 μm;尾部有5个，最大粒径为125 μm。?100 μm的夹杂，4块坯总计7个，最大粒径200 μm，与球形夹杂合计，4块坯?100 μm夹杂共9个。 3.3 非金属夹杂基本类型及组成 利用MEF—3金相显微镜和电子扫描电镜观察分析，发现如下类型夹杂。 (1)球形夹杂:金相定性为含SiO较高的硅酸盐玻璃相。电镜分析为:含Si 44.27%，Mn 29.63%，2 Al 17.79%，系含铝锰硅酸盐。这类夹杂主要存在于结晶器以前的试样中。 (2)球形夹杂:金相定性为锰硅酸盐夹杂，但含 Mn相对增加，含Si相对减少。电镜分析为:含Si 39.24%，Mn 29.80%，,Al 23.31%。与前者相比，Si有所下降，而Al有所增加。该类夹杂主要存在于铸坯中，结晶器以前的试样中亦有少量发现。 (3)大球形复合夹杂:尺寸较大，但数量很少，一般出现在结晶器和个别铸坯试样中。该类夹杂大致为含Ca 12.21%的硅铝酸盐夹杂及锰硅酸盐的基体上有ZrO，AlO及稀土复合相的复合夹杂。 23 (4)角粒形夹杂:金相定性为高熔点脆性夹杂，但未发现有成簇的分布状态。电镜分析成分为:含Al 25.52%，Fe 73.25%，系铁铝尖晶石类夹杂。该类夹杂在所观察的试样中均有出现，但数量以铸坯中居多。 (5)硫化物夹杂:金相及电镜观察为MnS夹杂。主要存在于沿铸坯厚度方向偏向内弧的中心部位，即偏析于铸坯中心部位。 (6)FeO夹杂:电镜分析中发现部分该类夹杂，但金相观察不明显。 3.4 大样电解夹杂总量及分级 对铸坯及中间包试样进行了大样电解检验。表1为夹杂物总量检验结果。 大样电解结果表明，中间包钢中夹杂量明显高于铸坯中夹杂量，而且直径大于150 μm的大颗粒夹杂占夹杂总数的65%以上，但是从结晶器试样金相检验结果看，大于50 μm的夹杂占夹杂总量的比例很小，说明中间包中大部分大颗粒夹杂在浇注过程中得以上浮进入渣中。此外，中间包中期夹杂量最高，这与金相法检验结果吻合。 铸坯样电解检验结果表明，头、中、尾和混坯相比，中部坯夹杂量最低，它的纯净性优于头、尾和混坯。铸坯中夹杂粒径多数在48,154 μm间，未发现,154 μm的大颗粒夹杂。 头、中、尾、混坯夹杂数量均波动在16.95,21.99 mg/10kg之间，波动范围很窄，说明导致夹杂产生的因素或者说操作过程比较稳定。 表1 夹杂物总量 .取样部样重,残样重,实际电解量,夹杂总量,钢中夹杂量,mg(10kg)试样号 ,1位 kg kg kg mg 内弧 411 3.294 0.309 2.985 5.2 17.42 外弧 411 3.265 0.305 2.960 6.5 21.99 411,内弧 3.310 0.267 3.043 6.5 19.64 412 内弧 413 3.304 0.369 2.935 5.6 16.95 内弧 416 3.319 0.247 3.072 5.8 17.47 外弧 416 3.298 0.297 3.001 5.8 19.33 中间包 前期 3.055 0.273 2.782 13.5 44.19 中间包 中期 3.064 0.294 2.770 15.2 49.61 中间包 后期 3.076 0.266 2.810 10.6 34.46 4 讨论 (1)钢包吹氩对去除非金属夹杂有一定作用，但效果与吹氩参数有直接关系，即吹氩参数有一定的合适值，过大过小都影响去除夹杂效果。 3 本试验炉后吹氩过程中有两炉夹杂物大幅度下降，其氩气流量在11.5,19.0 m/h，可见流量在此范围内对钢中夹杂物的去除有较为明显的效果。LF炉再次吹氩处理时，由于试验中吹氩参数控制不当(时间短或压力大)，造成有的炉次夹杂物呈上升趋势，因为时间太短不利于夹杂物上浮，压力过大，容易导致钢液暴露于空气中使钢液二次氧化及钢包渣卷入钢液。 (2)由图7中可以看出，从LF炉到连铸坯各工序的非金属夹杂物数量和面积均有增加趋势，说明在攀钢目前工艺条件下钢水有不同程度的二次氧化。这就需在今后的工作中对钢水二次氧化进行针对性的深入研究。 (3)铸坯中夹杂类型及成分表明，夹杂物与脱氧剂、合金元素、保护渣、耐火制品中的元素基本吻合，可见它们主要来源于脱氧产物、各容器中的熔渣及被侵蚀的耐火材料。 铝锰硅酸盐夹杂，最大可能来自钢中脱氧产物，中间包和结晶器熔渣。熔渣有钢液冷却过程中继续脱氧的产物，也有液面上加入保护渣带入的组分，以及中间包耐火材料的侵蚀物。在注流冲击下，有的熔渣裹入钢液并且随其循环运动，有的则与Ca，Re等相互作用形成复合化合物，在结晶器内发生反向回流及在浮力作用下上浮而被内弧侧凝钢所捕获。 ?50 μm夹杂，主要出现在中间包、结晶器和铸坯中，也说明中间包和结晶器渣被注流带入的几率极大。 检验表明，大球形复合夹杂含Ca量较高，而且基体上还有稀土复合相，说明Ca、稀土等成分有利于改善夹杂状况和使夹杂球形化、大型化，从而有利于夹杂排除。 通常，对非金属夹杂的研究仅限于球形夹杂，但本试验发现非球形夹杂的数量和粒径不可忽视，今后值得注意。 (4)从试验中得知，转炉平均出钢温度为1 711.8 ?，中间包平均开浇温度为1 549 ?，二者间总计温度降为162.8 ?。这个数据是在 LF炉未调温情况下得到的，若启用LF调温功能，显然出钢温度可进一步降低，这样对纯净钢质有利。 5 建议 根据以上分析讨论，要生产高质量的连铸坯，必须加强和提高转炉炼钢—连铸各工序的操作水平。为此，建议进一步推广先进的挡渣出钢工艺，减少进入钢包的转炉渣;优化LF炉吹氩工艺，防止钢水二次氧化;中包内型采用上挡墙加坝或钙质过滤器，延长钢水在中间包内停留时间，有 利于夹杂物上浮;推广使用碱性中包覆盖剂，有利于降低钢水T,O,及防止钢水二次氧化;稳定中间包钢水液面高度，有利于夹杂物上浮和减少中包渣 进入结晶器。 6 结论 (1)铸坯厚度方向金相检验距内弧表面60 mm处非金属夹杂数量呈现高峰，距外弧表面20?mm处呈现次高峰;按中间包一个浇次统计，夹杂数量和面积以头部坯、尾部坯、混坯、中部坯顺序减少，即中部坯钢质最纯净，铸坯中?100?μm大颗粒夹杂数量极少，而且多集中于内弧侧高峰区;大样电解检验表明，铸坯纵向头中尾坯夹杂量波动不大，夹杂含量总体水平不高。 (2)铸坯中夹杂物类型有球形铝锰硅酸盐或锰硅酸盐，高熔点脆性角粒形铁铝尖晶石，含钙的大球形硅铝酸盐或基体上复合有ZrO，AlO及稀土的复合锰硅酸盐夹杂;铸坯偏析带为球形和不规23 则粒状硫化锰夹杂，此外还有少量氧化物夹杂。 (3)中间包和结晶器是出现大颗粒夹杂的主要场所，为了生产高纯净铸坯，今后有必要进一步加强工作。 (4)在攀钢目前工艺条件下，生产过程中钢水有不同程度的二次氧化现象，今后还应针对钢水二次氧化进行深入研究。 致谢 在调查中得到了东北大学戴云阁、蔡锡年，攀钢公司科技处宋国菊，攀枝花钢铁研究院杨素波、顾武安、黄康明、礼重超等同志的大力支持，在此一并表示诚挚的感谢。 作者单位:严学模 杜德信 陈 渝 仲剑丽(攀枝花钢铁研究院) 王地君(攀钢提钒炼钢厂) 编辑 杨冬梅 (收稿日期 1998,07,10)