SS400連鑄坯總氧含量的分布規(guī)律

李德軍，于賦志，許孟春，方恩俊，劉清海

（1.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧鞍山114009; 2.鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司,遼寧營口115007）

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SS400連鑄坯總氧含量的分布規(guī)律

李德軍1，于賦志1，許孟春1，方恩俊2，劉清海2

（1.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧鞍山114009; 2.鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司,遼寧營口115007）

摘要：對SS400連鑄坯不同部位鋼中總氧含量分布進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，SS400連鑄坯正常坯與過渡坯的總氧含量相對較低，平均值小于0.001 5％，能夠滿足潔凈鋼要求；頭坯坯頭及頭坯坯尾總氧含量均值分別為0.003 9％和0.002 5％，不利于潔凈鋼生產(chǎn)，對此進(jìn)行了原因分析，并提出了相應(yīng)措施，實(shí)施后達(dá)到了生產(chǎn)要求。

關(guān)鍵詞：連鑄坯；夾雜物；總氧含量

李德軍，博士，工程師，2013年畢業(yè)于東北大學(xué)鋼鐵冶金專業(yè)。E-mail:344305353@qq.com

鋼中的非金屬夾雜物對鋼材的性能影響很大，例如可導(dǎo)致汽車和電氣產(chǎn)品用薄鋼板的表面缺陷、DI罐用薄鋼板裂紋、管線鋼氫致裂紋、輪胎子午線加工過程斷線、軸承鋼疲勞性能惡化。同時，鋼中非金屬夾雜物對于鋼板抗撕裂性能和低溫沖擊韌性也有不利影響［1-3］。SS400作為結(jié)構(gòu)用鋼種，在橋梁、船板及其它結(jié)構(gòu)用鋼中起著重要作用。隨著客戶對鋼材性能要求的提高，如何控制和減少鋼中夾雜物成為提高鋼材性能的關(guān)鍵［4-5］。由于鋼中非金屬夾雜物大部分為氧化物非金屬夾雜物，因此有必要對連鑄坯中總氧含量的分布、變化進(jìn)行系統(tǒng)分析。

本文通過對SS400連鑄坯不同部位取樣分析，研究鋼中總氧的變化規(guī)律，從而為提高鋼水潔凈度做出理論支持。

1　鋼中T.O與夾雜物的關(guān)系

鋼中總氧法是人們經(jīng)常采用的一種間接分析鋼中夾雜物的方法［6-7］。鋼中總氧是自由氧(溶解氧)［O］溶和與非金屬夾雜物的結(jié)合氧(O)夾之和，總氧T.O的表達(dá)式可表示為：T.O=［O］溶+(O)夾。

轉(zhuǎn)爐出鋼時，鋼水中夾雜物氧(O)夾接近于零，T.O主要是吹煉終點(diǎn)溶解氧［O］溶。鋼包脫氧合金化后與脫氧元素(Al、Si)相平衡的［O］溶很低，如鋁鎮(zhèn)靜鋼加鋁脫氧后，在1 600℃與鋼中酸溶鋁［Al］S(0.02％～0.05％ )處于熱力學(xué)平衡的［O］溶很低(0.000 4％～0.000 8％ )，所以可用鋼中總氧含量T.O來表示鋼中氧化物夾雜的水平，用T.O作為潔凈鋼的衡量標(biāo)準(zhǔn)。鋼中夾雜物含量與鋼中總氧含量T.O的關(guān)系如圖1所示［8］。

圖1　鋼中總氧含量與氧化物夾雜的關(guān)系

從圖1中可以看出，隨著鋼中總氧含量T.O的升高，鋼中氧化夾雜物的含量也在升高，這非常不利于鋼液潔凈度的進(jìn)一步提高。由圖1看出，必須嚴(yán)格控制鋼中的總氧含量T.O，才能生產(chǎn)出純凈的高附加值鋼種。因此，本研究以結(jié)構(gòu)用鋼SS400為對象，對鞍鋼某廠生產(chǎn)的連鑄坯鋼中總氧含量T.O進(jìn)行了一系列取樣分析，以評價其生產(chǎn)工藝是否達(dá)到潔凈鋼生產(chǎn)的要求。

2　試驗(yàn)方法

2.1取樣

SS400生產(chǎn)工藝流程為：鐵水預(yù)處理—頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐—LF爐—薄板坯連鑄。該研究中，鑄坯的斷面為1 280 mm×200 mm。為了研究鑄坯的總氧含量分布情況，對連鑄坯內(nèi)弧側(cè)寬度方向的邊緣處、1/4處及中心處進(jìn)行了取樣分析，頭坯坯頭的取樣位置如圖2所示，正常坯、過渡坯與尾坯的取樣位置與圖2相同，并對其所取樣進(jìn)行了如表1所示的編號。各編號中首位數(shù)表示鑄坯編號，共8塊鑄坯，末位數(shù)1、2、3分別對應(yīng)鑄坯寬度方向的邊緣處、1/4處及中心處。

圖2　頭坯坯頭取樣位置示意圖

表1　鑄坯取樣編號

2.2結(jié)果分析

2.2.1鑄坯坯頭T.O分布

SS400鋼同澆次鑄坯坯頭T.O分布如圖3所示，鑄坯澆鑄的不同時刻坯頭所對應(yīng)T.O的分布不同。從圖3可知，頭坯的總氧含量T.O平均值為0.003 9％，較其它時刻坯頭總氧含量要高很多。

圖3　鑄坯坯頭總氧含量分布

從檢測的結(jié)果來看，其主要原因如下：

(1)由于頭坯的坯頭正處于鑄坯開澆的初始時刻，鋼包開澆瞬間，鋼水從鋼包內(nèi)流出，流入到中間包內(nèi)，此時中包無任何保護(hù)措施，流入的鋼液在中包底部迅速鋪展開，和空氣大面積發(fā)生接觸，導(dǎo)致了鋼液中氧含量的升高，這是頭坯坯頭氧含量高的主要原因之一。

(2)中包在烤包過程中會有部分耐火材料及其它雜質(zhì)掉落到中包底部，在鋼包開澆瞬間，鋼液流入中包后會將部分雜質(zhì)卷入到鋼液中，并有部分滯留在鑄坯當(dāng)中，也會造成頭坯坯頭氧含量高。

(3)在封裝引錠頭時，用來快速冷卻的冷鋼及鐵粉(主要為釘屑)中也會因表面的氧化而導(dǎo)致頭坯坯頭氧含量高。

從圖3中還可以看出，在頭坯的坯頭橫斷面上，寬度方向上邊部的總氧含量要高于中心。這主要是因?yàn)闈沧⒊跏紩r刻鋼液中含有大量的氧化物夾雜，在從浸入式水口噴出后，會迅速流向結(jié)晶器的窄邊，并在浸入式水口吐出孔的上下兩側(cè)，形成具有上下兩個渦流的流場。結(jié)晶器內(nèi)這種流場模式促使了鋼液中氧化物夾雜向結(jié)晶器的窄邊匯集，部分被窄邊彎月面處的坯殼捕獲后，滯留在了鑄坯的邊部，從而使頭坯坯頭在寬度方向上邊部總氧含量要高于鑄坯的中部。

尾坯坯頭的總氧含量T.O分布規(guī)律和頭坯坯頭的類似，也是邊部高于中間部分，但平均總氧含量要低于頭坯坯頭部分。在澆注后期，尤其是在鋼包停澆，在拉中包內(nèi)殘留鋼液時，隨著中包內(nèi)鋼液面的不斷下降，會有部分氧化物夾雜被帶入鋼液當(dāng)中，導(dǎo)致了與頭坯類似的分布規(guī)律。

在澆次達(dá)到正常后，隨著拉速的穩(wěn)定，不論是中包還是結(jié)晶器內(nèi)的鋼液流場都趨于穩(wěn)定狀態(tài)，這使正常坯坯頭的總氧含量也達(dá)到了最低并使其在鑄坯的橫斷面上達(dá)到了均衡狀態(tài)。從圖3中可以看出，雖然在鋼包換罐時對中包內(nèi)流場有一定波動，但對過渡坯的坯頭中總氧含量的分布影響比較小。

2.2.2鑄坯坯尾T.O分布

SS400鑄坯的坯尾T.O分布如圖4所示，鑄坯坯尾T.O分布規(guī)律與坯頭規(guī)律類似。

從圖4中看出，頭坯坯尾的總氧含量也高于其它部分坯尾的總氧含量，平均值為0.002 5％，但與坯頭平均值0.003 9％相比要低很多，這主要是因?yàn)樵陬^坯中，坯頭部分的鋼液在進(jìn)入中包后，鋼液與空氣接觸面積比較大，導(dǎo)致坯頭部分的總氧含量相對較高，隨著鋼液不斷從鋼包注入到中包后，在其上部添加中包覆蓋劑，防止了鋼液與空氣的接觸，減少了鋼液的二次氧化，使鋼液中總氧含量有所降低。尾坯的坯尾總氧含量較尾坯的坯頭氧含量要偏低，這主要是因?yàn)樵谖才骼鬟^程中，中包內(nèi)鋼液已經(jīng)澆注完，沒有鋼液從浸入式水口中流出，結(jié)晶器至導(dǎo)向段內(nèi)鋼水中的非金屬夾雜物在不受水口鋼液沖擊的作用下能夠利于其上浮去除。從圖3和圖4上來看，過渡坯與正常坯坯尾的總氧含量與所對應(yīng)坯頭的總氧含量差別不大，說明整個連鑄過程控制是比較理想的。

圖4　鑄坯坯尾總氧含量分布

3　總氧含量控制措施

從鑄坯各部位總氧含量的分析結(jié)果來看，正常坯與過渡坯的總氧含量相對較低，說明連鑄過程控制還是很理想的，但鑄坯頭坯坯頭與坯尾的總氧含量相對較高，根據(jù)分析的結(jié)果建議做如下防范措施：

(1)在中包備包或中包噴補(bǔ)之后，會在中包殘留一定量的粉狀或顆粒狀的耐火材料，若不進(jìn)行相應(yīng)的清理，在使用過程中部分殘留物會被鋼液卷入到結(jié)晶器中，增加了頭坯夾雜物含量，導(dǎo)致總氧含量升高。采用高壓空氣將包內(nèi)吹掃一遍，清除殘留物，保證包內(nèi)清潔，能夠減少鑄坯頭坯夾雜物含量。

(2)嚴(yán)格按照升溫制度進(jìn)行烘烤，防止烤包過程中溫度升溫過快，發(fā)生噴補(bǔ)層脫落而污染鋼液。

(3)保證足夠的出苗時間，視情況可適當(dāng)延長出苗時間以防止初始進(jìn)入中包內(nèi)鋼水中的夾雜物被卷入到結(jié)晶器中。

(4)封裝引錠頭時，使用表面無銹的冷鋼及鐵粉也能夠進(jìn)一步降低頭坯坯頭總氧含量。

(5)拉尾坯過程中，在保證鑄坯能夠順利拉出的情況下，盡量將拉速控制低一些，防止尾坯溢鋼，利于夾雜物上浮去除以減少尾坯中總氧含量。

4　實(shí)施后效果

在相同的工藝條件下對同一鋼種SS400的相同位置進(jìn)行了鑄坯總氧含量T.O的分布情況檢驗(yàn)，其結(jié)果如圖5、圖6所示。

圖5　鑄坯坯頭總氧含量分布

圖6　鑄坯坯尾總氧含量分布

由圖5、6可以看出，采取相應(yīng)的控制措施后，鑄坯坯頭總氧含量T.O的分布變化情況如下：頭坯的總氧含量T.O由整改前平均值0.003 9％降低至平均值0.002 6％；鑄坯坯尾的總氧含量T.O的分布變化情況是，頭坯的總氧含量T.O由整改前的平均值0.002 5％降低至平均值0.002 0％；其它部位的坯頭與坯尾的總氧含量T.O也較整改前有所降低，說明采取的措施有效。

5　結(jié)論

對鞍鋼某廠生產(chǎn)的SS400連鑄坯的總氧含量的分布規(guī)律進(jìn)行了分析，得出如下結(jié)論：

(1) SS400連鑄坯頭坯坯頭及頭坯坯尾總氧含量較高，平均值分別為0.003 9％和0.002 5％，采取措施后，平均值分別降至為0.002 6％和0.002 0％。

(2)正常坯與過渡坯的總氧含量相對較低，平均值小于0.001 5％，整個連鑄過程控制達(dá)到了潔凈鋼生產(chǎn)要求。

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(編輯許營)

修回日期：2015-01-15

Distribution Regularity of Total Oxygen Content in SS400 Continuous Casting Slab

Li Dejun1，Yu Fuzhi1，Xu Mengchun1，F(xiàn)ang Enjun2，Liu Qinghai2
(1.Iron & Steel Research Institutes of Ansteel Group Corporation,Anshan 114009,Liaoning,China; 2.Bayuquan Iron & Steel Subsidiary Co.of Angang Steel Co.,Ltd.,Yingkou 115007,Liaoning,China)

Abstract：The distribution condition of the total oxygen content in different locations of the SS400 continuous casting slab was analyzed.The analytical results show that the total oxygen content in normal slabs and intermixing slabs is relatively lower with the average content less than 0.001 5％ ,which can meet the requirements for smelting the clean steel.The average total oxygen content at both the head and the tail of the first slab is 0.003 9％ and 0.002 5％ respectively, which is bad for smelting the clean steel.For this the causes leading to relative high content of total oxygen were analyzed and then the corresponding measures are proposed.After these measures are taken the requirements for smelting the clean steel aremet.

Key words：continuous casting slab;inclusion;total oxygen content

中圖分類號：TF769

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-4613（2016）01-0016-04