薄板坯非金屬夾雜物的類型和來源分析

郭海峰，張志克，張瑞忠

（1.河鋼集團(tuán)邯鋼公司連鑄連軋廠，河北 邯鄲 056015；2.河鋼集團(tuán)鋼研總院，河北 石家莊 050023 ）

連鑄對鋼水成分的要求包括成分的穩(wěn)定性、可澆性、抗裂紋敏感性和純凈度。純凈度是指鋼中非金屬夾雜物的數(shù)量、大小、形態(tài)和分布。隨著連鑄技術(shù)水平的發(fā)展，純凈度得到了很大提高。非金屬夾雜物呈細(xì)小化的趨勢，這些細(xì)小的夾雜物對鋼的性能的破壞作用，不僅可以降低甚至消除，還可以有效地細(xì)化晶粒。為了對非金屬夾雜物的類型和來源有一個全面的認(rèn)識，需要對非金屬夾雜物進(jìn)一步研究，從而能更好地利用非金屬夾雜物。

1 夾雜物類型

非金屬夾雜物可分為硫化物、氧化鋁系、硅酸鹽系和鋁酸鹽系等。連鑄機(jī)的類型對夾雜物的分布有重要影響：水平連鑄機(jī)的夾雜物上浮困難；弧形連鑄機(jī)的夾雜物一般聚集在內(nèi)弧的1/4 處；立彎式連鑄機(jī)夾雜物分布均勻且容易上浮去除。

本文主要分析河鋼集團(tuán)邯鋼公司（以下簡稱邯鋼）CSP 立彎式連鑄機(jī)鑄坯中夾雜物的類型和來源。

CSP 的鋼水主要來自邯鋼三煉鋼廠，冶煉流程是頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐—LF 精煉—CSP。轉(zhuǎn)爐采用的是擋渣出鋼，精煉是鋁脫氧和鈣處理工藝。CSP 鋼包帶有下渣檢測，中包采用的是擋渣墻和擋渣壩的結(jié)構(gòu)，滿包容量是32 t。鋼水從鋼包到結(jié)晶器全程采用保護(hù)澆鑄，這些可以減少很大一部分夾雜物。但是鋼水凝固過程中再析出是無法避免的，鑄坯總是含有一定數(shù)量的夾雜物。

通過邯鋼技術(shù)中心，從CSP 經(jīng)常澆鑄的鋼種隨機(jī)選取了1 爐SPHCZ、1 爐QStE420TM、1 爐SS400和1 爐D44 共8 塊鑄坯樣。對其鑄坯中夾雜物進(jìn)行電鏡掃描實(shí)驗(yàn)。根據(jù)其實(shí)驗(yàn)可分析出：夾雜物的類型多是直徑在50 μm 以上的大型夾雜物，80～300 μm的占90%以上；有的是不規(guī)則多面體和塊狀，表面凹凸不平；也有的是球狀和小塊狀，表面多有小孔，如圖1 所示。

圖1 部分夾雜物形貌

再將這些夾雜物制作成試樣。利用電鏡對其形貌和成分進(jìn)行分析，得到夾雜物具體形貌和能譜分析，如圖2 所示。

圖2 夾雜物形貌和能譜分析圖

2 夾雜物來源分析

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)情況，結(jié)合理論知識，對夾雜物主要來源分析如下：

1） 圖2-1 所示為CaO-MgO-Al2O3三元系夾雜物，含量在60%以上，直徑大于50 μm，可以判定夾雜物是脫氧產(chǎn)物和精煉渣復(fù)合作用產(chǎn)物，或者是鋼水與空氣二次氧化的產(chǎn)物。

2）圖2-2 所示為點(diǎn)狀A(yù)l2O3夾雜，出鋼時用鋁脫氧生成的脫氧產(chǎn)物，沒有完全排除而留在鋼中。也有可能是鋼水中溶解的[Al]與水口內(nèi)表面的SiO2發(fā)生還原反應(yīng)生成的Al2O3附著于水口壁上。此類夾雜容易通過碰撞聚集形成固態(tài)串簇狀，在連鑄過程中極易造成水口結(jié)瘤。有時候塞棒一直上漲，或者結(jié)晶器液面波動大，有很大可能就是此類夾雜大量聚集在SEN 水口內(nèi)測造成的。

3）圖2-3 所示為硅鋁脫氧的產(chǎn)物，多是脫氧不徹底的產(chǎn)物。

4）圖2-4 所示為CaO-MgO 夾雜：形狀特殊、尺寸較大、成分和耐火材料相近，且中間包是鎂質(zhì)涂層，可以判定為耐火材料的侵蝕物。

5）夾雜物中還含有一定量的鉀、鈉等保護(hù)渣成分元素，可以判定為保護(hù)渣卷入鋼水。應(yīng)該引起注意，在中包液面穩(wěn)定性和撈渣操作上需要進(jìn)一步改進(jìn)。

6）此外還含有少量的A 類硫化物夾雜。

3 結(jié)論

根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果可知，非金屬夾雜物來源一般是外來夾雜和內(nèi)生夾雜。內(nèi)生夾雜多是合金元素參與氧化還原反應(yīng)生成的產(chǎn)物，也是夾雜的主要來源，占到80%左右。此類夾雜分布比較均勻，粒度較小。外來夾雜物多不規(guī)則，粒度較大。

鋼中非金屬夾雜物的含量雖然很低，但對質(zhì)量的影響卻不可忽視。通過對非金屬夾雜物的特征進(jìn)行分析和研究、對非金屬夾雜物的含量以及性能進(jìn)行鑒定、對其級別進(jìn)行分析，可以改善煉鋼和連鑄的工藝操作，才能更好的利用非金屬夾雜物。