无取向硅钢夹杂物来源研究

工程科学学报，第38卷，增刊1：181-186,2016年6月 Chinese Journal of Engineering,Vol.38,Suppl.1:181-186,June 2016 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2016.s1.030:http://journals.ustb.edu.cn 无取向硅钢夹杂物来源研究 王安仁1》，杨树峰12)四，何必飞2》，李建民》，李士琦2) 1)北京科技大学钢铁治金新技术国家新技术重点实验室，北京100083 2)北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 3)太原钢铁（集团）有限公司，太原030003 ☒通信作者，E-mail:yangshufeng(@usth.cdu.cn 摘要为判断铸坯中夹杂物的主要来源，在无取向硅钢生产过程中，向钢包、中包覆盖剂及中包表面耐材中分别加入基体 重量的10%BaC0,10%SC0,,10%La,0,(质量分数)作为示踪剂，并在相关工序取钢样或渣样，利用扫描电镜和显微镜观 察分析夹杂物的形貌和成分.研究表明，无取向硅钢中大型夹杂物主要为SO2、A山，O3以及硅铝酸盐，夹杂物的主要来源是保 护渣卷入和二次氧化. 关键词无取向硅钢：示踪剂：夹杂物来源 分类号TF704.7 Study on source of inclusions in non -oriented silicon steel WANG An-ren'),YANG Shu-feng,HE Bifei,LI Jian-min,LI Shi-i) 1)State Key Laboratory of Advanced Metallurgy,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)School of Metallurgy and Ecological Engineering.University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 3)Taiyuan Iron and Steel (Group)Co.Ld.,Taiyuan 030003,China Corresponding author,E-mail:yangshufeng@ustb.edu.cn ABSTRACT To study the source of inclusions in casting billets,10%BaCO:,10%SrCO,and 10%La,O:were used as tracers into the steel ladle,tundish covering flux,and tundish-coating refractories,respectively,during the production of non-oriented silicon steel.The steel and slag samples were taken from the related working procedure,and scanning electron microscopy (SEM)and a mi- croscope were used to analyze the morphology and composition of inclusions.Experimental results show that the large inclusions in non-oriented silicon steel are mainly SiO,Al,and aluminosilicate,resulting from the protecting slag and secondary oxidation. KEY WORDS non-oriented silicon steel:tracer:inclusion source 除合金成分外，无取向硅钢的性能主要取决于晶出现重皮、孔洞等质量缺路，严重时，冷轧废品率在 粒尺寸、夹杂物及晶体织构则.钢中夹杂物的存在，10%以上.故而，研究生产过程中夹杂物的主要来 不仅抑制晶粒长大、促使晶格畸变，还会阻碍磁畴运 源及变化规律，有利于改进工艺控制措施.本研究通 动，进而劣化钢的成品磁性，过去的研究主要集中在夹 过稀土元素示踪方法与成分分析相结合，探索钢水在 杂的种类、变性处理、大小及分布对磁性的影响. 不同阶段夹杂物的产生及变化 实际上，转炉治炼结束后，钢水分别与钢包、中间包、水 1研究方法 口、覆盖剂及保护渣接触，在开浇过程中还可能产生二 次氧化，对钢造成二次污染.实际生产表明，在后续轧 冷轧无取向硅钢治炼工艺为，铁水预脱硫→LD转 制过程中，如果控制不好，无取向硅钢会在冷轧过程中 炉治炼→H真空处理→板坯连铸.本研究在国内某 收稿日期：201601-20

工程科学学报，第 38 卷，增刊 1: 181--186，2016 年 6 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 38，Suppl． 1: 181--186，June 2016 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2016． s1． 030; http: / /journals． ustb． edu． cn 无取向硅钢夹杂物来源研究 王安仁1，2) ，杨树峰1，2) ，何必飞1，2) ，李建民3) ，李士琦1，2) 1) 北京科技大学钢铁冶金新技术国家新技术重点实验室，北京 100083 2) 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083 3) 太原钢铁( 集团) 有限公司，太原 030003  通信作者，E-mail: yangshufeng@ ustb． edu． cn 摘 要 为判断铸坯中夹杂物的主要来源，在无取向硅钢生产过程中，向钢包、中包覆盖剂及中包表面耐材中分别加入基体 重量的 10% BaCO3，10% SrCO3，10% La2O3 ( 质量分数) 作为示踪剂，并在相关工序取钢样或渣样，利用扫描电镜和显微镜观 察分析夹杂物的形貌和成分． 研究表明，无取向硅钢中大型夹杂物主要为 SiO2、Al2O3 以及硅铝酸盐，夹杂物的主要来源是保 护渣卷入和二次氧化． 关键词 无取向硅钢; 示踪剂; 夹杂物来源 分类号 TF704. 7 Study on source of inclusions in non -oriented silicon steel WANG An-ren1，2) ，YANG Shu-feng1，2)  ，HE Bi-fei1，2) ，LI Jian-min3) ，LI Shi-qi1，2) 1) State Key Laboratory of Advanced Metallurgy，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) School of Metallurgy and Ecological Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 3) Taiyuan Iron and Steel ( Group) Co． Ltd． ，Taiyuan 030003，China  Corresponding author，E-mail: yangshufeng@ ustb． edu． cn ABSTＲACT To study the source of inclusions in casting billets，10% BaCO3，10% SrCO3，and 10% La2O3 were used as tracers into the steel ladle，tundish covering flux，and tundish-coating refractories，respectively，during the production of non-oriented silicon steel． The steel and slag samples were taken from the related working procedure，and scanning electron microscopy ( SEM) and a mi￾croscope were used to analyze the morphology and composition of inclusions． Experimental results show that the large inclusions in non-oriented silicon steel are mainly SiO2，Al2O3，and aluminosilicate，resulting from the protecting slag and secondary oxidation． KEY WOＲDS non-oriented silicon steel; tracer; inclusion source 收稿日期: 2016--01--20 除合金成分外，无取向硅钢的性能主要取决于晶 粒尺寸、夹杂物及晶体织构［1--2］． 钢中夹杂物的存在， 不仅抑制晶粒长大、促使晶格畸变，还会阻碍磁畴运 动，进而劣化钢的成品磁性，过去的研究主要集中在夹 杂的种类、变性处理、大小及分布对磁性的影响［3--6］． 实际上，转炉冶炼结束后，钢水分别与钢包、中间包、水 口、覆盖剂及保护渣接触，在开浇过程中还可能产生二 次氧化，对钢造成二次污染． 实际生产表明，在后续轧 制过程中，如果控制不好，无取向硅钢会在冷轧过程中 出现重皮、孔洞等质量缺陷，严重时，冷轧 废 品 率 在 10% 以上［7--8］． 故而，研究生产过程中夹杂物的主要来 源及变化规律，有利于改进工艺控制措施． 本研究通 过稀土元素示踪方法与成分分析相结合，探索钢水在 不同阶段夹杂物的产生及变化． 1 研究方法 冷轧无取向硅钢冶炼工艺为，铁水预脱硫→LD 转 炉冶炼→ＲH 真空处理→板坯连铸． 本研究在国内某

·182 工程科学学报，第38卷，增刊1 钢厂进行了8炉实验，在此过程中，用BaCO,作钢包渣 大.经80一H处理后，钢包内顶渣成分（质量分数)， 示踪，按平时转炉出钢平均下渣量的10%（质量分数） Fe0从15%左右降到5%左右，而Si02从14%增加到 加入BaCO3,并在出钢前加入钢包底.用SrC03作为中 16%,A1203增幅近10%，Mg0增加2%，严重的增加 包覆盖剂示踪，即在覆盖剂制备时加入10%SC0,(质 5%以上.这说明RH循环过程中，钢包中夹杂物存在 量分数).用150kgLa,0,加入中间包涂料中混匀，共 着明显的上浮现象，并伴有H或钢包耐材的侵蚀 配成1500kg新的含示踪剂的涂料，保护渣中K和Na 由于每炉转炉出钢时加入l50 kg BaCO,假定所有Ba 本身就可以作为示踪剂.试验在转炉出钢前、RH真空 进入渣中，则通过渣中Ba0含量可以计算钢包中的下 处理后、中间包内、结晶器内、铸坯上分别取钢样和渣 渣量，再依据MgO含量的变化，判断出耐材的侵蚀量 样进行成分分析.其中，钢包和中包用特制取样器取 研究数据还表明，包衬质量、包龄及渣中F0含量对 样，加工成50mm×150mm光滑样：结晶器中取试 渣中Mg0增量有较大影响. 样，尺寸为50mm×150mm,铸坯样在180mm×1080 2.2浇注过程 mm板坯的中心部位取样，尺寸为50mm×50mm×150 如图1所示，试验分析了RH后钢包钢水、中包 mm.试样经过电解后，分离出夹杂物，再将夹杂物喷 钢水、结晶器内钢水中0和N的含量.显然，钢水从 碳后置于扫描电镜观察，获得夹杂物的形貌和成分 钢包浇到中包，0、N含量明显增加.由于过程中并 根据夹杂物中含有示踪剂种类判断夹杂来源，在铸坯 没有含氮合金及耐材混入，氮的来源只有空气，浇注 宽度方向的边部、1/4处、1/2处分别取条形样，按厚度 过程中空气的吸入，造成钢水的吸氮和二次氧化.由 方向将条形分为10个小样，经表面处理后，在显微镜 于硅钢硅含量较高，并采用铝脱氧，所以吸入的氧将 观察夹杂物分布 会与之形成硅和铝的氧化物夹杂，这在大样电解分 2试验结果分析讨论 析中得到了充分的验证.通过氮含量的变化，可以计 算出吸气量在0.011~0.040m3L,通过中包开浇和 2.1RH过程 液面稳定试样氧氮对比分析，吸气主要发生在开浇 由于无取向硅钢要求极低的碳含量，通常在H 以及中包液面低位时，所以生产过程中加强钢水保 工序采用初练炉的溶解氧进行脱碳，初炼炉出钢氧含 护尤为重要. 量越高，脱碳效果越好.当氧含量（质量分数）在500 如图2所示，钢水从中间包经过浸入式水口浇注 ×106以上时，碳含量（质量分数）可以从0.04%降到 到结晶器过程中，同样存在着吸气现象，但吸气量明显 0.003%以下，同时，氧和氮含量都降到20×10-6以下. 小于钢包注入中包过程，中包液面不稳定或浸入式水 RH后期，采用铝、硅脱氧，氧含量将进一步降低.随着 口内注速的突变，会加剧吸气（图中第二炉所示），保 RH中氧含量的降低，S含量有所降低，而P含量呈现 护良好并稳定浇注下，钢水吸气量较少（图中第 先降后回趋势.过程中酸溶铝，稍有降低，但变化不 三炉) ☑RH 图中句 ☒结品器 30 Jo] IN 第一炉 第二炉 第三炉 图1浇注过程中钢中O、N含量的变化 Fig.I Changes of O and N contents in the teeming process 由于钢包加有BaCO,中包覆盖剂加有SrCO,中 代表包次号+该包取样时间序号，其中时间序号1、2、 包表面涂层中加有L品，0，作为示踪剂，所以连铸过程 3及4分别表示中包液面放满后2min、开浇35min、钢 中中包渣成分的变化，反映了钢包下渣及中包耐材侵 包下渣后及中包液面下降300mm时.如64为第6炉 蚀情况.成分变化如图3所示，图中横坐标标识分别 中包液面下降300mm时取样.显然，第一包钢水对包

工程科学学报，第 38 卷，增刊 1 钢厂进行了 8 炉实验，在此过程中，用 BaCO3 作钢包渣 示踪，按平时转炉出钢平均下渣量的 10% ( 质量分数) 加入 BaCO3，并在出钢前加入钢包底． 用 SrCO3 作为中 包覆盖剂示踪，即在覆盖剂制备时加入 10% SrCO3 ( 质 量分数) ． 用 150 kg La2O3 加入中间包涂料中混匀，共 配成 1500 kg 新的含示踪剂的涂料，保护渣中 K 和 Na 本身就可以作为示踪剂． 试验在转炉出钢前、ＲH 真空 处理后、中间包内、结晶器内、铸坯上分别取钢样和渣 样进行成分分析． 其中，钢包和中包用特制取样器取 样，加工成 50 mm × 150 mm 光滑样; 结晶器中取试 样，尺寸为 50 mm × 150 mm，铸坯样在 180 mm × 1080 mm 板坯的中心部位取样，尺寸为 50 mm × 50 mm × 150 mm． 试样经过电解后，分离出夹杂物，再将夹杂物喷 碳后置于扫描电镜观察，获得夹杂物的形貌和成分． 根据夹杂物中含有示踪剂种类判断夹杂来源，在铸坯 宽度方向的边部、1 /4 处、1 /2 处分别取条形样，按厚度 方向将条形分为 10 个小样，经表面处理后，在显微镜 观察夹杂物分布． 2 试验结果分析讨论 2. 1 ＲH 过程 由于无取向硅钢要求极低的碳含量，通常在 ＲH 工序采用初练炉的溶解氧进行脱碳，初炼炉出钢氧含 量越高，脱碳效果越好． 当氧含量( 质量分数) 在 500 × 10 － 6以上时，碳含量( 质量分数) 可以从 0. 04% 降到 0. 003% 以下，同时，氧和氮含量都降到 20 × 10 － 6以下． ＲH 后期，采用铝、硅脱氧，氧含量将进一步降低． 随着 ＲH 中氧含量的降低，S 含量有所降低，而 P 含量呈现 先降后回趋势． 过程中酸溶铝，稍有降低，但变化不 大． 经 80--t ＲH 处理后，钢包内顶渣成分( 质量分数) ， FeO 从 15% 左右降到 5% 左右，而 SiO2 从 14% 增加到 16% ，Al2O3 增幅近 10% ，MgO 增加 2% ，严重的增加 5% 以上． 这说明 ＲH 循环过程中，钢包中夹杂物存在 着明显的上浮现象，并伴有 ＲH 或钢包耐材的侵蚀． 由于每炉转炉出钢时加入 150 kg BaCO3，假定所有 Ba 进入渣中，则通过渣中 BaO 含量可以计算钢包中的下 渣量，再依据 MgO 含量的变化，判断出耐材的侵蚀量． 研究数据还表明，包衬质量、包龄及渣中 FeO 含量对 渣中 MgO 增量有较大影响． 2. 2 浇注过程 如图 1 所示，试验分析了 ＲH 后钢包钢水、中包 钢水、结晶器内钢水中 O 和 N 的含量． 显然，钢水从 钢包浇到中包，O、N 含量明显增加． 由于过 程 中 并 没有含氮合金及耐材混入，氮的来源只有空气，浇注 过程中空气的吸入，造成钢水的吸氮和二次氧化． 由 于硅钢硅含量较高，并采用铝脱氧，所以吸入的氧将 会与之形成硅和铝的氧化物夹杂，这在大样电解分 析中得到了充分的验证． 通过氮含量的变化，可以计 算出吸气量在 0. 011 ～ 0. 040 m3 /t，通过中包开浇和 液面稳定试样氧氮对比分析，吸气主要发生在开浇 以及中包液面低位时，所以生产过程中加强钢水保 护尤为重要． 如图 2 所示，钢水从中间包经过浸入式水口浇注 到结晶器过程中，同样存在着吸气现象，但吸气量明显 小于钢包注入中包过程，中包液面不稳定或浸入式水 口内注速的突变，会加剧吸气( 图中第二炉所示) ，保 护良 好 并 稳 定 浇 注 下，钢水吸气量较少 ( 图 中 第 三炉) ． 图 1 浇注过程中钢中 O、N 含量的变化 Fig． 1 Changes of O and N contents in the teeming process 由于钢包加有 BaCO3，中包覆盖剂加有 SrCO3，中 包表面涂层中加有 La2O3 作为示踪剂，所以连铸过程 中中包渣成分的变化，反映了钢包下渣及中包耐材侵 蚀情况． 成分变化如图 3 所示，图中横坐标标识分别 代表包次号 + 该包取样时间序号，其中时间序号 1、2、 3 及 4 分别表示中包液面放满后 2 min、开浇 35 min、钢 包下渣后及中包液面下降 300 mm 时． 如 64 为第 6 炉 中包液面下降 300 mm 时取样． 显然，第一包钢水对包 · 281 ·

王安仁等：无取向硅钢夹杂物来源研究 ·183 ☑开浇 50 图稳定 图下清 ☐液血下降 40 30 20 0 [O 第一包 第二包 第三包 第六包 第八包 图2中间包钢液0，N含量的变化 Fig.2 Changes of O and N contents in the tundish 0.20 0.15 0.10 0.05 1 122122 3132 41516164718182 83 84 取样序号 图3浇注时中间包渣内L203含量（质量分数）的变化 Fig.3 Changes of the La,O:content in tundish during the teeming process 衬冲刷最严重，其次是第二包.随着覆盖剂的不断补 集、上大及上浮.钢水进入结晶器后，铸坯夹杂物明显 加，La,03含量因稀释而减少，到第五包后稳步小幅增 减少，尺寸也减小（图6）.主要夹杂尺寸分布在50~ 加，中包耐材的侵蚀基本都完全快速上浮，进入结晶器 180μm.夹杂物以复合硅酸钙、铝酸钙为主，分别含有 保护渣中La,0,甚微.而钢包渣有部分直接进入结晶 结晶器保护渣成分、中包覆盖剂成分，钢包耐材成分， 器，稳定浇注下，中包覆盖剂卷入较少，结晶器渣成分 也有纯AL03,Si02夹杂物. 分析结果如表1所示 表1结品器中渣成分（质量分数） Table 1 Composition of the slag in mould 炉号Fe0Si02Al203Mg0Ba0la203Sr0Na0K20 11.1638.205.761.820.120.00440.0517.240.30 30.7436985.541.820.110.00270.0547.620.30 82.1536814.101.710.110.00220.0487.790.30 2.3钢中夹杂物变化 经过电解萃取，获得了RH后钢包钢水中的夹杂 图4RH后钢包钢液中的夹杂物 物.如图4所示，钢水经H精炼后，钢中夹杂物为不 Fig.4 Inclusions after RH refining 规则菱块状，主要为RH过程中脱氧尚未来得及上浮 的硅铝酸盐夹杂，尺寸较大，90%以上在50~500um 铸坯大样电解结果表明，铸坯夹杂物含量较中包 第一包钢水开浇时或中包液面急剧下降而换包浇注 有大幅度下降，其值在0.86~2.11mg10kg之间变 时，中包钢水夹杂较多，浇注稳定后，夹杂逐渐减少，并 化，铸坯夹杂尺寸都在180m以下.开浇时和换钢包 明显球形化（图5），说明中包中夹杂存在着变性、聚 开浇时夹杂物含量较高，浇注稳定后夹杂含量较低，浇

王安仁等: 无取向硅钢夹杂物来源研究 图 2 中间包钢液 O、N 含量的变化 Fig． 2 Changes of O and N contents in the tundish 图 3 浇注时中间包渣内 La2O3 含量( 质量分数) 的变化 Fig． 3 Changes of the La2O3 content in tundish during the teeming process 衬冲刷最严重，其次是第二包． 随着覆盖剂的不断补 加，La2O3 含量因稀释而减少，到第五包后稳步小幅增 加，中包耐材的侵蚀基本都完全快速上浮，进入结晶器 保护渣中 La2O3 甚微． 而钢包渣有部分直接进入结晶 器，稳定浇注下，中包覆盖剂卷入较少，结晶器渣成分 分析结果如表 1 所示． 表 1 结晶器中渣成分( 质量分数) Table 1 Composition of the slag in mould % 炉号 FeO SiO2 Al2O3 MgO BaO La2O3 SrO Na2O K2O 1 1. 16 38. 20 5. 76 1. 82 0. 12 0. 0044 0. 051 7. 24 0. 30 3 0. 74 36. 98 5. 54 1. 82 0. 11 0. 0027 0. 054 7. 62 0. 30 8 2. 15 36. 81 4. 10 1. 71 0. 11 0. 0022 0. 048 7. 79 0. 30 2. 3 钢中夹杂物变化 经过电解萃取，获得了 ＲH 后钢包钢水中的夹杂 物． 如图 4 所示，钢水经 ＲH 精炼后，钢中夹杂物为不 规则菱块状，主要为 ＲH 过程中脱氧尚未来得及上浮 的硅铝酸盐夹杂，尺寸较大，90% 以上在 50 ～ 500 μm． 第一包钢水开浇时或中包液面急剧下降而换包浇注 时，中包钢水夹杂较多，浇注稳定后，夹杂逐渐减少，并 明显球形化( 图 5) ，说明中包中夹杂存在着变性、聚 集、上大及上浮． 钢水进入结晶器后，铸坯夹杂物明显 减少，尺寸也减小( 图 6) ． 主要夹杂尺寸分布在 50 ～ 180 μm． 夹杂物以复合硅酸钙、铝酸钙为主，分别含有 结晶器保护渣成分、中包覆盖剂成分，钢包耐材成分， 也有纯 Al2O3，SiO2 夹杂物． 图 4 ＲH 后钢包钢液中的夹杂物 Fig． 4 Inclusions after ＲH refining 铸坯大样电解结果表明，铸坯夹杂物含量较中包 有大幅度下降，其值在 0. 86 ～ 2. 11 mg /10 kg 之间变 化，铸坯夹杂尺寸都在 180 μm 以下． 开浇时和换钢包 开浇时夹杂物含量较高，浇注稳定后夹杂含量较低，浇 · 381 ·

·184 工程科学学报，第38卷，增刊1 显微镜观察，板坯坯壳夹杂物相对细小，夹杂物数量分 布呈现“W”形（图7），其边缘和中心夹杂物数量较多， 且中心夹杂物尺寸较大 大型夹杂物往往是轧制过程中形成重皮或剥落后 板坯空洞的主要原因，图8列举了铸坯中电解萃取后 大型夹杂物的典型形貌及组成，表2为大型夹杂物的 具体成分，不同类夹杂物表现出不同的规律 (1)RH后浇铸全过程中，钢中未上浮的夹杂物因 400m 为有足够的时间变性而呈规则球状（图8(a)),而且 图5中间包钢液中的夹杂物 40%的夹杂物中含有20%左右的MnS:浇注过程中因 Fig.5 Inclusions in the tundish 为二次氧化，钢液含氧量增多，凝固过程中将形成 AL,03和Si02夹杂物，数量较多，呈较规则多菱形，而 注结束时，夹杂物含量略微高于稳定浇注坯，但低于换 且表面呈阶梯状，多个脱氧产物聚集呈现絮状（图8 包开浇坯.连铸拉速减小，夹杂减少并细小弥散，绝大 (b)和图8(c)) 多数为尺寸小于50μm的夹杂物.随着拉速的增加， (2)铸坯夹杂物成分中含K、Na夹杂数量较多，显 尺寸大于50um夹杂物含量增多，最高值为第一炉第 然是保护渣的卷入造成的，夹杂多呈较规则的菱形状 一块坯头部，这是因为开浇时中包卷渣和耐材侵蚀较 (图8(d)). 严重，加上连铸开浇时铸坯凝固强度大，夹杂物上浮聚 (3)钢包渣和中包渣卷入钢中，多呈不规则团絮 合长大的可能性较少的缘故 形状，尺寸较大，容易上浮，因此，铸坯中很少发现中包 渣造成的大型夹杂（图8(e)). (4)中包耐材浸蚀因为块状剥落，所以一般尺寸 较大，在中包中就基本上浮，即使残留钢液，夹杂尺寸 较小，偶有发现，形状为球形 这五类夹杂的相对量依浇注状态也具有一定规 律，开浇时、换包时、及浇注结束时，卷渣类夹杂比例 增加，夹杂尺寸增大：稳定浇注时，内夹杂较多，偶尔 也发现大型钢包夹渣，这表明中间包流场有短路 图6铸坯内夹杂物 现象 Fig.6 Inclusions in casting billets 对比分析铸坯夹杂形貌、尺寸、形成，发现铸坯 夹杂来源较为复杂.在H精炼时形成的夹杂物没 利用电镜逐个对夹杂物成分进行分析，从结果来 有上浮，直接进入到中间包，再到结晶器中，这类夹 看，复合夹杂较多，而且多有Mg、Ba、K及Na出现.其 杂物一般为光滑球形，在总夹杂量中所占比例最高， 中以K、Na夹杂物多，还存在纯SiO2夹杂物.从金相 这表明提高RH精炼效果，确保足够的镇静时间是至 14 ■厚度1/10面■厚度1/2面■厚度9/10面 12 ■层度3/10面=厚度7/10面 10 开浇坯 第 一包 第一包 第二包 第三包 第三包 第八包 常坯 尾坯 尾坯 坏 尾坯 图7宽面1/4处板坯厚度方向显微夹杂变化 Fig.7 Inclusion numbers from 1/4 width in the thickness direction in slabs

工程科学学报，第 38 卷，增刊 1 图 5 中间包钢液中的夹杂物 Fig． 5 Inclusions in the tundish 注结束时，夹杂物含量略微高于稳定浇注坯，但低于换 包开浇坯． 连铸拉速减小，夹杂减少并细小弥散，绝大 多数为尺寸小于 50 μm 的夹杂物． 随着拉速的增加， 尺寸大于 50 μm 夹杂物含量增多，最高值为第一炉第 一块坯头部，这是因为开浇时中包卷渣和耐材侵蚀较 严重，加上连铸开浇时铸坯凝固强度大，夹杂物上浮聚 合长大的可能性较少的缘故． 图 7 宽面 1 /4 处板坯厚度方向显微夹杂变化 Fig． 7 Inclusion numbers from 1 /4 width in the thickness direction in slabs 图 6 铸坯内夹杂物 Fig． 6 Inclusions in casting billets 利用电镜逐个对夹杂物成分进行分析，从结果来 看，复合夹杂较多，而且多有 Mg、Ba、K 及 Na 出现． 其 中以 K、Na 夹杂物多，还存在纯 SiO2 夹杂物． 从金相 显微镜观察，板坯坯壳夹杂物相对细小，夹杂物数量分 布呈现“W”形( 图 7) ，其边缘和中心夹杂物数量较多， 且中心夹杂物尺寸较大． 大型夹杂物往往是轧制过程中形成重皮或剥落后 板坯空洞的主要原因，图 8 列举了铸坯中电解萃取后 大型夹杂物的典型形貌及组成，表 2 为大型夹杂物的 具体成分，不同类夹杂物表现出不同的规律． ( 1) ＲH 后浇铸全过程中，钢中未上浮的夹杂物因 为有足够的时间变性而呈规则球状( 图 8 ( a) ) ，而且 40% 的夹杂物中含有 20% 左右的 MnS; 浇注过程中因 为二次 氧 化，钢 液 含 氧 量 增 多，凝 固 过 程 中 将 形 成 Al2O3 和 SiO2 夹杂物，数量较多，呈较规则多菱形，而 且表面呈阶梯状，多个脱氧产物聚集呈现絮状( 图 8 ( b) 和图 8( c) ) ． ( 2) 铸坯夹杂物成分中含 K、Na 夹杂数量较多，显 然是保护渣的卷入造成的，夹杂多呈较规则的菱形状 ( 图 8( d) ) ． ( 3) 钢包渣和中包渣卷入钢中，多呈不规则团絮 形状，尺寸较大，容易上浮，因此，铸坯中很少发现中包 渣造成的大型夹杂( 图 8( e) ) ． ( 4) 中包耐材浸蚀因为块状剥落，所以一般尺寸 较大，在中包中就基本上浮，即使残留钢液，夹杂尺寸 较小，偶有发现，形状为球形． 这五类夹杂的相对量依浇注状态也具有一定规 律，开浇时、换包时、及浇注结束时，卷渣类夹杂比例 增加，夹杂尺寸增大; 稳定浇注时，内夹杂较多，偶尔 也发现 大 型 钢 包 夹 渣，这 表 明 中 间 包 流 场 有 短 路 现象． 对比分析铸坯夹杂形貌、尺 寸、形 成，发 现 铸 坯 夹杂来源较为复杂． 在 ＲH 精炼时形成的夹杂物没 有上浮，直接进入到中间包，再到结晶器中，这类夹 杂物一般为光滑球形，在总夹杂量中所占比例最高， 这表明提高 ＲH 精炼效果，确保足够的镇静时间是至 · 481 ·

王安仁等：无取向硅钢夹杂物来源研究 ·185· (1 20 mn (b) 12 20m d15 16 18 100m (e)19 10 mm 100m 图8铸坯中大型夹杂形貌.(a)硅铝酸盐类夹杂物：(b)A山203夹杂物：(c)Si02夹杂物：(d)保护渣夹杂物：（©）钢包渣夹杂物 Fig.8 Morphologies of large inclusions in casting billets:(a)aluminosilicate:(b)Al:(c)Si2:(d)inclusion in mold flux:(e)inclusion in ladle slag 关重要的. 水从中间包经过浸入式水口浇注到结晶器过程中 (3)RH处理后，钢中夹杂物以脱氧产物铝酸盐、 4结论 硅酸盐为主，形状呈不规则菱块状，中间包钢水大型夹 (1)RH循环过程中，钢包中夹杂物存在着明显的 杂物多呈规则球形.这是钢水吸氧后夹杂变性的结 上浮现象，并伴有H或钢包耐材的侵蚀.包衬质量、 果.浇注过程中的二次氧化是夹杂物的主要来源之 包龄及渣中Fe0含量对渣中Mg0增量有较大影响. 一，但这类夹杂通常表现为钢水氧氮含量增加后，凝固 (2)通过中间包开浇和液面稳定试样氧氮对比分 时析出Si、A!的氧化物，多呈现菱形.结晶器保护渣是 析，吸气主要发生在开浇以及中间包液面低位时及钢 铸坯外来大型夹杂物的主要来源

王安仁等: 无取向硅钢夹杂物来源研究 图 8 铸坯中大型夹杂形貌． ( a) 硅铝酸盐类夹杂物; ( b) Al2O3 夹杂物; ( c) SiO2 夹杂物; ( d) 保护渣夹杂物; ( e) 钢包渣夹杂物 Fig． 8 Morphologies of large inclusions in casting billets: ( a) aluminosilicate; ( b) Al2O3 ; ( c) SiO2 ; ( d) inclusion in mold flux; ( e) inclusion in ladle slag 关重要的． 4 结论 ( 1) ＲH 循环过程中，钢包中夹杂物存在着明显的 上浮现象，并伴有 ＲH 或钢包耐材的侵蚀． 包衬质量、 包龄及渣中 FeO 含量对渣中 MgO 增量有较大影响． ( 2) 通过中间包开浇和液面稳定试样氧氮对比分 析，吸气主要发生在开浇以及中间包液面低位时及钢 水从中间包经过浸入式水口浇注到结晶器过程中． ( 3) ＲH 处理后，钢中夹杂物以脱氧产物铝酸盐、 硅酸盐为主，形状呈不规则菱块状，中间包钢水大型夹 杂物多呈规则球形． 这是钢水吸氧后夹杂变性的结 果． 浇注过程中的二次氧化是夹杂物的主要来源之 一，但这类夹杂通常表现为钢水氧氮含量增加后，凝固 时析出 Si、Al 的氧化物，多呈现菱形． 结晶器保护渣是 铸坯外来大型夹杂物的主要来源． · 581 ·

·186 工程科学学报，第38卷，增刊1 表2图8中铸坯大型夹杂物成分（质量分数）和尺寸 参考文献 Table 2 Compositions and sizes of large inclusions in casting billets in [Matsumura K.Fukuda B.Recent developments of nonriented Fig.8 electrical steel sheets.IEEE Trans Magn,1984,20(5):1533 编号尺寸/μm 成分/% 编号尺寸/μm 成分1% [2]Guo YY,Liu X C,Cai KK,et al.Research on behavior of in- A山03：43 clusions in non-oriented silicon steel in BOF-RH-CC route.Iron 。 Si02:36 12 67 Si02:100 Steel,2005,40(4):24 MnS:21 (郭艳永，柳向春，蔡开科，等.BOF-RH一CC工艺生产无取 Si02:48 向硅钢过程中夹杂物行为的研究.钢铁，2005,40(4)：24) 2 263 AL203:35 13 60 Si02:100 B] Hou C K,Liao CC.Effect of cerium content on the magnetic MnS:17 properties of non-oriented electrical steels.IS/Int,2008,48 Si02:51 (4):531 3 126 Ca0:26 14 44 Si02:100 [4 Li X J,Zhang F,Wang B,et al.Effect of inclusions on magnetic AL203:23 properties of non-oriented silicon steel.Spec Steel,2012.33(4): Si02:46 22 A山203：29 Si02:56 4 206 15 63 (吕学钧，张峰，王波，等.夹杂物对无取向硅钢磁性能的影响 Ca0:13 A203:44 特殊钢，2012,33(4)：22) MnS:12 [5] Zhang F.Ma CS,Wang B,et al.Control of non-metallic inclu- Si0247 Si02:60 sions of non-oriented silicon steel sheets by the rare earth treat- 5 113 MnS:28 16 62 Ca0:26 ment.Baosteel Tech Res,2011,5(2):41 Al03:25 A203:14 [6]B6c I,Cziraki A,Grof T,et al.Analysis of inclusions in cold- Si02:49 Ca0:58 rolled n.o.Si-Fe strips.J MagnMagn Mater,1990,83(13): 6 102 Al203:30 17 177 Mg0:26 381 MnS:2l Si02:16 [7]He A R,Shao J.Sun W Q,et al.Transverse thickness deviation Si02:60 control of nonoriented silicon steel during cold rolling.Mech 7 88 A山203：100 18 193 Ca0:25 Eng,2011,47(10):25. A203:15 (何安瑞，邵健，孙文权，等.冷轧无取向硅钢横向厚差控制.机 Si02:46 械工程学报，2011,47(10)：25) A203:26 8] Dong H,Zhao Y,Yu X J,et al.Effect of normalizing tempera- 8 112 A203:100 19 107 Ca0:13 ture on magnetic properties and texture of thin non-oriented electri- BaO:3 cal steel sheets.J Iron Steel Res,2008,20(5):45 Ba0:80 9 A203:100 场 (董浩，赵宇，喻晓军，等.常化温度对冷轧无取向硅钢薄带磁 84 CaS:20 性能和织构的影响.钢铁研究学报，2008,20(5)：45) Ba0:85 10 69 A203:100 21 147 CaS:15 Si02:61 11 42 Si02:100 22 48 A,0324 Ca0:15

工程科学学报，第 38 卷，增刊 1 表 2 图 8 中铸坯大型夹杂物成分( 质量分数) 和尺寸 Table 2 Compositions and sizes of large inclusions in casting billets in Fig． 8 编号 尺寸/μm 成分/% 编号 尺寸/μm 成分/% 1 76 Al2O3 : 43 SiO2 : 36 MnS: 21 12 67 SiO2 : 100 2 263 SiO2 : 48 Al2O3 : 35 MnS: 17 13 60 SiO2 : 100 3 126 SiO2 : 51 CaO: 26 Al2O3 : 23 14 44 SiO2 : 100 4 206 SiO2 : 46 Al2O3 : 29 CaO: 13 MnS: 12 15 63 SiO2 : 56 Al2O3 : 44 5 113 SiO2 : 47 MnS: 28 Al2O3 : 25 16 62 SiO2 : 60 CaO: 26 Al2O3 : 14 6 102 SiO2 : 49 Al2O3 : 30 MnS: 21 17 177 CaO: 58 MgO: 26 SiO2 : 16 7 88 Al2O3 : 100 18 193 SiO2 : 60 CaO: 25 Al2O3 : 15 8 112 Al2O3 : 100 19 107 SiO2 : 46 Al2O3 : 26 CaO: 13 BaO: 3 9 55 Al2O3 : 100 20 84 BaO: 80 CaS: 20 10 69 Al2O3 : 100 21 147 BaO: 85 CaS: 15 11 42 SiO2 : 100 22 48 SiO2 : 61 Al2O3 : 24 CaO: 15 参 考 文 献 ［1］ Matsumura K，Fukuda B． Ｒecent developments of non-oriented electrical steel sheets． IEEE Trans Magn，1984，20( 5) : 1533 ［2］ Guo Y Y，Liu X C，Cai K K，et al． Ｒesearch on behavior of in￾clusions in non-oriented silicon steel in BOF--ＲH--CC route． Iron Steel，2005，40( 4) : 24 ( 郭艳永，柳向春，蔡开科，等． BOF--ＲH--CC 工艺生产无取 向硅钢过程中夹杂物行为的研究． 钢铁，2005，40( 4) : 24) ［3］ Hou C K，Liao C C． Effect of cerium content on the magnetic properties of non-oriented electrical steels． ISIJ Int，2008，48 ( 4) : 531 ［4］ Lü X J，Zhang F，Wang B，et al． Effect of inclusions on magnetic properties of non-oriented silicon steel． Spec Steel，2012，33( 4) : 22 ( 吕学钧，张峰，王波，等． 夹杂物对无取向硅钢磁性能的影响． 特殊钢，2012，33( 4) : 22) ［5］ Zhang F，Ma C S，Wang B，et al． Control of non-metallic inclu￾sions of non-oriented silicon steel sheets by the rare earth treat￾ment． Baosteel Tech Ｒes，2011，5( 2) : 41 ［6］ Bóc I，Cziráki ，Gróf T，et al． Analysis of inclusions in cold￾rolled n． o． Si--Fe strips． J Magn Magn Mater，1990，83( 1-3) : 381 ［7］ He A Ｒ，Shao J，Sun W Q，et al． Transverse thickness deviation control of non-oriented silicon steel during cold rolling． J Mech Eng，2011，47( 10) : 25． ( 何安瑞，邵健，孙文权，等． 冷轧无取向硅钢横向厚差控制． 机 械工程学报，2011，47( 10) : 25) ［8］ Dong H，Zhao Y，Yu X J，et al． Effect of normalizing tempera￾ture on magnetic properties and texture of thin non-oriented electri￾cal steel sheets． J Iron Steel Ｒes，2008，20( 5) : 45 ( 董浩，赵宇，喻晓军，等． 常化温度对冷轧无取向硅钢薄带磁 性能和织构的影响． 钢铁研究学报，2008，20( 5) : 45) · 681 ·