板坯连铸结晶器吹氩对铸坯卷渣的影响

D0I:10.13374/j.issn1001053x.2006.01.008 第28卷第1期 北京科技大学学报 Vol.28 No.1 2006年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2006 板坯连铸结晶器吹氩对铸坯卷渣的影响 卢金雄王文科张炯明王新华王万军郄芳 北京科技大学治金与生态工程学院，北京100083 摘要板坯连铸结晶器浸入式水口吹氩使结晶器流场发生改变，引起液面波动，造成铸坯卷渣 为了的这一问题，采用大样电解方法结合扫描电镜技术，研究了板坯连铸结晶器浸入式水口不同 吹氢量和吹氩分配方式对铸坯夹杂物的数量和类型的影响，提出了减少卷渣的合理结晶器吹氩量 和吹氩分配方式，得出了卷渣占结晶器夹杂物的比例超过半数的结论，分析表明合理的吹氩参数 对减少结晶器卷渣有着重要的意义· 关键词板坯连铸；大样电解；吹氩：卷渣 分类号TF777.1 板坯连铸结晶器浸入式水口吹氩保护是生产 表1取样工况及编号 高质量钢种必要的浇铸技术，在生产实践中得到 Table 1 Samples and operation conditions 了广泛应用[山.通过浸入式水口吹氩既可以阻止 拉速/ 吹氩量/(Lmin1) 流号 工况 空气吸入，又可以防止水口堵塞，提高了水口的使 (m'min-1) (上滑板/上水口) 501 4,33/14.83 用寿命[2]，同时，水口通道内的细小氩气泡通过 1流 1.0 503 9.30/9.81 水口出口进入结晶器，对结晶器内部的钢水起到 551 14.61/12.06 搅拌作用，均匀钢水的成分和温度，促进夹杂物上 2流 1.4 553 9.75/9.50 浮，改善了结晶器保护渣的熔化条件，提高了铸坯 554 5.57/5.08 的表面质量3]，但吹氩也会带来负面影响，氩气 样位置如图1所示.分别以取样的工况和试样所 泡及粘附在其表面的非金属夹杂一旦被凝固坯壳 捕获，就会造成铸坯皮下缺陷[4]，因此有必要研 在位置命名，试样编号分别为：501A,503A, 究结晶器吹氩条件对铸坯卷渣的影响因素56] 551A,553A,554A;501B,503B,551B,553B, 554B;窄面501，窄面503.对大样电解试样进行 本文采用大样电解方法结合扫描电镜技术，研究 机械加工，得到5cm×5cm×15cm的长方体，质 板坯连铸结晶器浸入式水口吹氩对铸坯卷渣的影 量约3.0kg·在上表面对侧打孔，用酒精对表面 响，分析浸入式水口不同的吹氩量和吹氩分配方 进行脱油、脱脂处理，送分析室电解约20d,对所 式对连铸结晶器卷渣的作用，探讨吹氩参数对卷 得的絮状物进行淘洗、还原、磁选得到>50μm的 渣的影响因素 大颗粒非金属夹杂物，对夹杂物进行分级称重. 1实验方法 然后对大样电解得到的夹杂物进行喷碳后用扫描 电镜分析夹杂物的化学组成和形态尺寸. 在生产现场对不同工况下的铸坯取五组试 样，各工况取样编号和吹氩量及吹氩分配方式见 上表面 表1，铸坯保护渣熔渣层厚约8mm.在实验室对 所取铸坯的五组试样再分别取样，取整个铸坯的 1/4对称面的内孤侧的水口附近(B位置)、水口 与窄面中间的位置(A位置)和窄面附近位置，取 图1铸坯的取样位置 Fig.1 Position of samples 收稿日期：2004-11-08传回日期：2005-0105 2 实验结果 作者简介：卢金雄(1960一)，男，高级工程师，博士研究生；张炯 明(1964一)，教授，博士 实验炉次的钢种为低碳低硅铝镇静钢，钢水

第 2 8 卷 第 1期 2 0 0 6 年 1月 北 京 科 技 大 学 学 报 J uo r n a l o f U n ive sr i ty Of Sc i e n ec a n d T ec h n o l .犯 y Be 幼in g V o l . 2 8 N o . 1 J a n . 2 0 0 6 板坯 连铸结晶器吹氢对铸坯卷渣 的影响 卢金 雄 王 文 科 张 炯 明 王 新华 王 万 军 郑 芳 北京科技大学 冶金与生态工程 学院 , 北京 10 00 83 摘 要 板 坯连铸结晶器浸入式水 口 吹氢使结 晶器流场发 生改变 , 引起液面波动 , 造成铸坯卷渣 . 为 了的这一 问题 , 采用大样电解方法结合 扫描 电镜技术 , 研究 了板 坯连 铸结晶器浸入式水 口 不同 吹氢量和 吹氢分配方 式对铸坯夹杂物的数量和 类型 的影响 , 提 出了减少卷 渣的合理结晶器吹氢量 和吹氢分配方式 , 得 出了卷渣占结 晶器夹杂物 的比例超过半 数的结 论 . 分析表 明合理 的吹氢参数 对减少结晶器卷渣有着重要的意义 . 关锐词 板坯连铸 ; 大样电解 ; 吹氢 ; 卷渣 分类号 T F 7 7 . 1 板坯 连铸结 晶器浸入式 水口 吹氢保护是 生产 高质量钢种必要 的浇 铸 技术 , 在 生 产 实践 中得 到 了广泛应 用〔` 〕 . 通过浸入 式水 口 吹氢既可以阻 止 空气吸入 , 又 可 以防止水 口 堵塞 , 提高 了水 口 的使 用 寿命 2[] . 同时 , 水 口 通道 内的 细 小氨 气泡 通过 水口 出 口 进入 结晶器 , 对结晶 器 内部 的钢 水起 到 搅拌 作用 , 均 匀钢水 的成分和温度 , 促进 夹杂物上 浮 , 改 善 了结 晶器 保护渣 的熔化条件 , 提高 了铸坯 的表面 质量〔3 ] . 但吹氢 也 会带来负面 影 响 , 氢 气 泡及粘 附在其表 面的非金属 夹杂 一旦被凝 固坯壳 捕获 , 就 会 造 成 铸 坯皮 下 缺 陷闭 , 因此 有必 要 研 究结 晶器 吹氢 条 件对 铸坯 卷 渣 的 影 响因 素〔5一 本文采用大样 电解方法 结合 扫描 电镜技术 , 研 究 板坯连铸结晶器浸入 式水 口 吹氢对铸坯卷渣 的影 响 , 分析浸入 式水 口 不 同的吹氢 量 和 吹氢分配 方 式对 连铸结 晶器 卷渣 的 作用 , 探 讨 吹氨参数对 卷 渣 的影响 因素 . 表 l 取样工况及编号 aT b l e 1 S a m P les a n d o碑 ar t i o n co n d it i o sn 流号 拉速 / ( m · m i n 一 l ) 工况 吹氢量 (/ .L m i n 一 ` ) ( 上 滑板 /上水 口 ) 4 . 3 3 / 1 4 . 8 3 9 . 3 0 / 9 . 8 1 14 . 6 1 / 12 . 06 塑513 2 流 9 . 7 5 / 9 . 5 0 5 . 57 / 5 . 0 8 1 实验方法 在生产现 场对不 同工 况 下 的铸 坯 取 五 组 试 样 , 各工况取样 编 号和 吹氢 量及 吹氢 分配 方 式 见 表 1 , 铸坯 保护渣熔 渣 层厚约 s m m . 在 实验 室对 所取铸坯的五组 试 样再 分别取样 , 取 整个 铸坯 的 1/ 4 对 称面 的 内弧侧 的水 口 附近 ( B 位 置 ) 、 水 口 与窄 面中间的位置 ( A 位置 )和 窄面 附近 位置 , 取 样位置 如 图 1 所示 . 分别以取样 的工况 和试 样所 在位 置 命 名 , 试 样 编 号 分 别 为 : 5 01 A , 5 03 A, 5 5 1 A , 5 5 3 A , 5 5 4 A ; 5 0 1B , 5 0 3 B , 5 5 1 B , 5 5 3 B , 5 54 B ; 窄面 5 01 , 窄面 50 3 . 对 大样 电解 试 样进 行 机械加 工 , 得到 s cxn 只 5 。 m x 1 5 c rn 的长 方体 , 质 量约 3 . o k g . 在上表 面对 侧 打 孔 , 用 酒精 对 表 面 进 行脱油 、 脱脂处理 , 送分 析室 电解约 20 d , 对 所 得 的絮状物 进行淘洗 、 还 原 、 磁选得 到 > 50 拼m 的 大 颗 粒 非 金属 夹 杂 物 , 对 夹 杂 物进 行 分 级 称 重 . 然后对大 样 电解得 到的夹 杂物进行 喷碳后用扫 描 电镜分析夹杂 物 的化 学组成和 形 态尺 寸 . 图 1 铸坯的取样位置 F ig . 1 P os i t iou o f sa m Pl e s 收稿日期 : 2 0 0 4一 1 1 一 0 8 修回 B 期 : 2 0 05 一 0 1一5 作者简介 : 卢金雄〔19 60 一 ) , 男 , 高级工程 师 , 博士 研究生 ; 张炯 明( 1 9 6 4一 ) , 教授 , 博士 2 实验结果 实验炉次的钢 种 为低 碳低 硅 铝镇 静钢 , 钢 水 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2006. 01. 008

Vol.28 No.1 卢金雄等：板还连铸结晶器吹氩对铸坯卷渣的形响 ·35· 主要化学成分（质量分数）：碳，0.046%；硅，痕量； 工况的上滑板吹氩量增大，上水口吹氩量减少，引 疏，<0.010%；磷，0.016%；酸溶铝，0.022%，主 起夹杂物的总量减少了40.06%.501工况下的 要用来控制脱氧和镇静钢水，非金属夹杂物的含 卷渣多发生在A位置，为4.81mg(10kg钢样)， 量及分级质量如表2 各级夹杂物的粒径和数量明显比503大，B位置 表2大样电解夹杂物的分级质量 相对较少；不过对于窄面位置的夹杂物，503在窄 Table 2 Grade mass of Inclusions by bulk sample electrolysis 面更为多些，为1.55mg（10kg钢样)，即503工 况下窄面附近的流场不稳定.综合比较两种工况 钢样10kg钢样 10kg钢样中夹杂物粒径 样号质量/中夹杂物 分级质量/mg 下各位置的夹杂物含量，可以看出，工况503的吹 80 140- kg总质量/mg <80um 氩方式是比较合理的，但单独调整上滑板或者上 1404m3004m 5013.00 1.00 0.67 0 0.33 水口的吹氩量难以达到满意的铸坯质量要求. 501A2.70 4.81 0.74 1.48 2.59 501B2.58 0.78 0 0.39 0.39 6 日总量日<80m口80-140μm2140-300山m 5032.58 1.55 0 0.39 1.16 503A3.00 2.00 0 0.67 1.34 3 如2 503B2.48 0.40 0 0.40 0 551A2.90 0 0 1.03 0.34 0.69 0度 551B2.60 1.15 0 0.77 0.38 总量 S03总 窄501 503A 501B 503B 5 553A2.95 1.01 0.34 0.34 0.34 样号 553B2.58 0.78 0 0.39 0.39 图2相同拉速、相同吹氢量、不同分配方式下夹杂物含量比较 554A3.00 2.33 0.33 1.34 0.66 Fig.2 Comparlson of inclusion contents under the same speed, 554B2.501.20 0 0.80 0.40 the same argon cootent and different blowing modes 注：以每10kg钢样中含有的夹杂物的质量为衡量夹杂物含 量的标准，并且对各个位置夹杂物进行分级称重 3,2相同拉速、不同吹氩量、相同分配方式下铸 坯中夹杂物的含量及分布 3结果分析 比较551工况、553工况、554工况夹杂物含 量，如图3.在铸机拉速同为1.4mmin1的情况 从大样电解获得的数据可以看出，夹杂物卷 下，各工况上滑板/上水口的吹氩量分配比率大致 渣多发生在铸坯的A位置，最大含量是501工况 相同(45.22%，49.35%，47.70%).随着各工况 的A位置(4.81mg(10kg钢样)，窄面位置和B 的总吹氩量的减少，铸坯中的夹杂物总量分别是 位置相对较少.铸坯中含有的大于300um的夹 551工况为2.18mg(10kg钢样)，553工况为 杂物几乎没有，这说明大颗粒夹杂物在浇铸期间 1.79mg（10kg钢样)，554工况为3.53mg(10kg 能够上浮到结晶器钢渣界面，及时去除.可见，浇 钢样).在553工况下，铸坯的夹杂物总量比551 铸过程中对于控制大颗粒外来夹杂物是比较成 工况和554工况都少，并且粒径也小，水口附近为 功.经统计分析，本次实验低碳钢铸坯大型夹杂 0.78mg(10kg钢样)(B位置)，距离窄面1/4位 物的平均含量为1.52mg(10kg钢样).其中0~ 置为1.01mg(10kg钢样)(A位置)，此时吹氩总 80um的夹杂物平均含量为0.21mg(10kg钢 量为19.25L·min1(101.3kPa).551工况下由 样)，占13.8%；80~140am的夹杂物平均含量 于吹氩总量增加，气体对窄面附近(B位置)的扰 为0.64mg(10kg钢样)，占42.1%；140~300 um的夹杂物平均含量为0.67mg(10kg钢样)， 总量 四80-140μm ▣<80m☑140-3002m 占44.1%， 20F 3.1相同拉速、相同吹氩量、不同分配方式下铸 坯中夹杂物的含量及分布 0 比较501工况及503工况夹杂物含量，如图 551 553 2.在铸机拉速均为1.0m·min1的情况下，两种 样号 工况的吹氩量分是19.16和19.11L·min1 图3相同拉速、不同吹氢量、相同分配方式下夹杂物含量比较 (101.3kPa),而两种工况的夹杂物总量分别为 Fig.3 Comparison of inclusion contents under the same speed, 6.59和3.95mg(10kg钢样).不同之处是503 different argon contents and the same blowing mode

V o l . 2 8 N o . 1 卢金雄等 : 板坯连铸结晶器吹氮对铸坯卷渣的影响 主要化学成分( 质量 分数) : 碳 , 0 . 0 46 % ; 硅 , 痕量 ; 硫 , ( 0 . 0 1 0 % ; 磷 , 0 . 0 1 6 % ; 酸 溶铝 , 0 . 0 2 2 % , 主 要 用来控制脱氧和镇静钢水 . 非金属 夹 杂物 的含 量及分级 质量 如表 2 . 衰 2 大样电解夹杂物的分级质 t T a b k 2 G n 团e . 比 5 o f l u d us i osn 勿 b目 k aS m p le el eC t olr 邓1 5 样号 钢样 质量 / k g 10 吨 钢样 中夹杂物 总质量 / m g 10 咙 钢样中夹杂物粒径 分级质量 / mg 14 0 一 < 8 0 群m 如喇月助 浑很探于扮寨罗。一 O 夕 9 孟U 乃注30 4 气乙0 j . 1,1 5 0 1 50 1A 5 0 1B 5 0 3 5 03 A 5 0 3 B 5 5 1 A 5 5 l B 5 5 3 A 5 5 3 B 5 54 A 5 5 4 B 1 . 0 0 4 . 8 1 0 . 7 8 1 . 5 5 2 . 0 0 0 . 4 0 1 0 3 1 . 1 5 1 . 0 1 0 . 7 8 2 . 3 3 1 . 2 0 0 67 0 . 7 4 工况 的上 滑板 吹氢量增大 , 上水 口 吹氢 量减少 , 引 起夹杂物的总 量减少 了 40 . 06 % . 5 01 工 况 下 的 卷渣 多发 生在 A 位置 , 为 4 . 81 m g ( 10 k g 钢样 ) , 各级 夹杂物 的 粒 径和 数量 明显 比 5 03 大 , B 位 置 相 对较少 ; 不过对于窄 面位 置 的夹 杂物 , 5 03 在窄 面 更 为多些 , 为 1 . 5 5 m g ( 1 0 k g 钢样 ) , 即 5 0 3 工 况下窄面附近 的流场不稳 定 . 综合 比较两种工况 下各位 置的夹杂物含 量 , 可 以看出 , 工况 5 03 的吹 氢方式是 比较合理 的 , 但单独 调整 上 滑板或者上 水 口 的吹氢 量难以达到满意的铸坯质量 要求 . 2 . 90 2 . 60 0 1 . 4 8 0 . 3 9 0 3 9 0 . 6 7 0 4 0 0 . 6 9 0 7 7 0 . 34 0 . 3 9 1 . 3 4 0 . 8 0 广广 扩 嵘了扩 沪 沪 口 消急量 口 < 80 p m 口 80 - 140 p j n 口 14卜30 0 p n l l ; . 。 , 1 目一骊一 ’ 曰 ’ 0 . 3 8 图 2 lF 咨 相同拉速 、 相同吹扭t 、 不同分配方式下夹杂物含 t 比较 2 C o m P a r i s o n o f i cn 二舀皿 〔 。 . 抚 . t` . . d e r t卜e s侧口比 吕碑曰 , ht e s a 口 eI a 雌户。 咖et at a dn dl f fe 戊 ut b lo w l姆 m回es 注 : 以 每 10 吨 钢样中含 有的夹杂物 的质量为衡量夹 杂物含 量的标准 , 并且对各个位置夹杂物进行分级称重 . 孺 n ù、曰ō 0 、Jùfó1 4 0 f J气,,`扫, lx 八“ 酬如追助 娜镶深于耸塞望。工 3 结果分析 从大样 电解获得 的数 据可 以 看出 , 夹 杂 物卷 渣多发生在铸坯的 A 位置 , 最 大 含量是 5 01 工 况 的 A 位置 ( 4 . 8 1 m g ( l o k g 钢样 ) ) , 窄面 位置 和 B 位置 相对较少 . 铸坯 中含 有 的 大于 3 0 拌m 的 夹 杂物 几乎没有 , 这说明大 颗 粒夹 杂物 在 浇铸期间 能够上浮到 结晶器钢渣界面 , 及 时去除 . 可见 , 浇 铸过 程 中对 于 控 制大 颗 粒 外 来夹 杂物 是 比较成 功 . 经 统计分析 , 本 次实验低 碳钢铸坯 大型夹杂 物的平均 含量为 1 . 52 m g ( 10 k g 钢样 ) . 其中 。一 8 0 拜m 的 夹 杂 物 平 均含 量 为 0 . 2 1 m g ( l o k g 钢 样 ) , 占 13 , 8 % ; 80 一 140 产m 的 夹 杂 物平均 含量 为 0 . 6 4 m g ( 10 k g 钢样 ) , 占 4 2 . 1 % ; 14 0 一 3 0 0 扛m 的夹 杂 物平 均含量为 0 . 6 7 m g ( 10 k g 钢样 ) , 占 4 4 . 1 % . 3 . 1 相 同拉速 、 相同 吹氮 t 、 不 同分 配 方式下铸 坯 中夹 杂物 的含 t 及分布 比较 5 01 工 况 及 5 03 工况 夹 杂物 含量 , 如 图 2 . 在 铸机拉速 均 为 1 , o m · m i n ’ ` 的情况 下 , 两种 工况 的 吹 氢 量 分 是 19 . 16 和 19 . n L · im n 一 ` ( 10 1 . 3 k aP ) , 而 两 种工 况 的夹 杂物 总 量 分别 为 6 . 59 和 3 . 9 5 mg ( 10 吨 钢样 ) . 不 同之 处 是 5 03 3 . 2 相 同拉速 、 不 同吹扭皿 、 相同分配方式下铸 坯 中夹杂物 的含 t 及分布 比较 5 51 工况 、 5 53 工 况 、 5 54 工况 夹杂物含 量 , 如图 3 . 在 铸机拉速 同为 1 . 4 m · m in 一 `的情况 下 , 各工况上 滑板 / 上水 口 的吹氢量分配 比率大致 相 同 ( 4 5 . 2 2 % , 4 9 . 3 5 % , 4 7 . 7 0 % ) . 随着各工 况 的总 吹氨量的减少 , 铸坯 中的夹杂物总 量分别是 5 5 1 工 况 为 2 . 1 8 毗 ( i o k g 钢 样 ) , 5 5 3 工 况 为 i . 7 9 m g ( i o k g 钢样 ) , 5 5 4 工况 为 3 . 5 3 m g ( 10 k g 钢样 ) . 在 5 53 工况 下 , 铸坯的夹 杂物总 量 比 5 51 工况 和 5 54 工况 都少 , 并且粒径也小 , 水 口 附近为 0 . 7 8 m g ( 1 0 k g 钢样 ) ( B 位置 ) , 距离窄面 一/ 4 位 置为 z . o z m g ( l o k g 钢样 ) ( A 位置 ) , 此时吹氢总 量为 1 9 . 2 5 L · m i n 一 1 ( 1 0 1 . 3 k P a ) . 5 5 1 工况 下 由 于 吹氢总 量增加 , 气体对窄面 附近 ( B 位置 ) 的扰 口 总量 口 80 一 140 卿 口 < 80 卜m 口 14 卜3 0 林m 户 扩 护 扩 沪 尹 尹 样号 图 3 相同拉邃 、 不同吹扭t 、 相同分配方式下夹杂物含 t 比较 iF g . 3 C帅稗 r i son of i . c lsn i o n c o . t e n st u叼e r t触 阳m e s eP ed , d i fe er 毗 朗g o n co n et n t s an d t h e s a . 比 bl o 钾 l嗯 m 砚日e

·36· 北京科技大学学报 2006年第1期 动加强，551B位置的夹杂物含量增大.总之，在 57.07%;而由于拉速增加，553工况的夹杂物总 流速为1.4mmin1时，553工况的吹氩量和分配 量由1.79mg（10kg钢样)增加至2.4mg(10kg 方式是一个比较合适的吹氩参数. 钢样)，增幅为34.08%.这说明吹氩分配方式对 3,3不同拉速、相同吹氩量、相同分配方式下铸 铸坯夹杂物含量的影响要大于拉速变化对铸坯夹 坯中夹杂物的含量及分布 杂物总量的影响 比较503工况及553工况夹杂物含量，如图 3.5夹杂物的类型 4.503工况和553工况相比较，夹杂物的含量都 应用扫描电镜分析不同工况下从大样电解得 较少，A位置和B位置的夹杂物含量总和为503 到的夹杂物的化学成分组成、大小和夹杂物形态 工况2.40mg(10kg钢样)和553工况1.79mg 如果夹杂物中含有表征结晶器保护渣卷入的Na, (10kg钢样).在上滑板/上水口的吹氩总量和分 K,Lⅰ等调节保护渣熔化特性的碱土金属元素，则 配方式大致一致的情况下(51.33%，49.35%)， 可以认为是由于结晶器液面波动造成的卷渣， 553工况下夹杂物的含量相对较少.这个现象可 典型的夹杂物有以下几种： 能是由于拉速的提高引起了结晶器内钢水流场的 (1)含有较高含量的SiO2,CaO,MgO,Al2O 上部回流区的涡心偏移向水口附近[引，从而导致 的单一夹杂物.这类夹杂物纯度较高，基本为纯 大颗粒夹杂物在A位置数量的增加.拉速的提 物质，SiO2型占52.00%，Al2O3型夹杂占 高，对水口附近(B位置)的影响也增加，可以看 32.00%,Ca0型夹杂占12.00%，Mg0型夹杂占 到，在B位置夹杂物含量也有所增加.实际生产 4.00%,而且这类夹杂物主要是外来夹杂，颗粒 中总会存在拉速改变的情况，所以相应的吹氩量 较大，平均直径在135am左右，为耐火材料在钢 也要进行调整以保证铸坯的质量 水的侵蚀下剥离耐火材料表面而进入钢水造成的 3.0 夹杂.由于粒径较大，没有上浮到钢渣界面从而 2.5 国总量日<80m口80-140μma140-300山m 2.0A 被保护渣捕捉（占48.00%），或上浮到了钢渣界 1.5 面由于液面的波动和注流的剪切而重新进入钢液 1.0 0 (占52.00%)形成铸坯内部缺陷.典型的SO2卷 0.5 凰自腹且阳夏咽 0 渣夹杂物如图6所示（含有Na0.92%,K 503总量 553总量 503 503B 553B 12.627%). 样号 图4不同拉速、相同吹氢量、相同吹复方式下夹杂物含量比较 Flg.4 Comparison of inclusion contents under different speeds the same argon content and the same blowing mode 3.4 不同拉速、不同吹氩量、相同的分配方式下 铸坯夹杂物含量及分布 比较501工况、503工况和553工况(A+B 位置)夹杂物含量，如图5.由于分配方式的不同 夹杂物总量由501工况的5.59mg(10kg钢样) 降至503工况的2.4mg（10kg钢样)，降幅为 图6553工况S02夹杂物扫描电镜照片 5 B总量口<80mD80-140μm四140-300m Fig.6 SEM photograph of SiO2 inclusion under 501 condition 73 (2)硅酸盐、铝酸盐、硅铝酸盐复合夹杂.这 1 腹lh且且m且man m 类夹杂物含一般含有较高SiO2,A1l2O3和一定量 501总量 的MnO等其他夹杂，其中硅酸盐夹杂占 503 样号 32.35%,铝酸盐夹杂占20.59%，硅铝复合夹杂 图5不同拉速、不同吹亚量、相同吹氩方式下夹杂物含量比较 占38.24%，另外少量的CaO-Mg0型夹杂占 Fig.5 Comparison of inclusion contents under different speeds, 8.82%,夹杂物平均粒径为139um,颗粒较大. different argon content and the same blowing mode 这类夹杂物是外来夹杂，主要是脱氧产物，形状不

北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 6 年第 1期 动加强 , 5 5 1 B 位置 的夹 杂 物 含 量增 大 . 总 之 , 在 流速为 1 . 4 m · im n 一 ’ 时 , 5 53 工况 的吹氢 量和分配 方式是一 个比较合适 的吹氢参数 . 3 . 3 不 同 拉速 、 相 同 吹氮 t 、 相 同分 配方式下铸 坯 中夹杂物 的含t 及分布 比较 5 03 工况 及 5 53 工 况 夹 杂 物含量 , 如 图 4 . 50 3 工 况和 5 53 工 况 相 比较 , 夹杂物的含量 都 较少 , A 位置 和 B 位置 的 夹杂物含 量总和 为 5 03 工况 2 . 4 0 哩 ( i o k g 钢样 )和 5 5 3 1 况 1 . 7 9 m g ( 10 k g 钢样 ) . 在 上滑板 / 上水 口 的 吹氢 总量 和分 配方式 大 致一 致 的情 况 下 ( 51 . 3 % , 49 . 35 % ) , 5 3 工况 下夹杂物的含 量相 对 较少 . 这个 现象可 能是 由于拉速的提高引起 了结晶器 内钢水流场的 上部回流 区的涡 心 偏移向水 口 附近 71[ , 从 而 导致 大颗 粒夹 杂物在 A 位 置 数量的 增 加 . 拉 速的 提 高 , 对水 口 附近 ( B 位置 ) 的影 响 也 增 加 , 可 以 看 到 , 在 B 位置 夹杂 物 含 量也 有 所 增 加 . 实 际 生 产 中总会存在拉速 改变的情况 , 所 以相 应 的吹氢 量 也要进行调整 以保证铸坯 的质量 . .3 01 ` _ .25 陷 目 褪 口 80< 卿 “ 8 0 一 , 4” 卿 “ ’ 4小30 卿 2乃 旧 门 罐 昌昌。昌。 。 :._ 0胜韭址沮瑙且皿伪刚现卫 户 户 俨 扩 扩 尹 沪 57 . 07 % ; 而 由于 拉速 增 加 , 5 53 工况 的 夹 杂 物 总 量 由 1 . 7 9 m g ( l o k g 钢 样 )增 加 至 2 . 4 m g ( l o k g 钢样 ) , 增 幅为 3 4 . 0 8 % . 这说 明 吹氢 分配 方 式对 铸坯 夹杂物含量 的影 响要大 于拉速 变化对 铸坯 夹 杂物总量 的影响 . 3 . 5 夹杂物 的类型 应 用扫描 电镜分析不 同工 况下从大 样 电解得 到 的夹杂物的化学成分组成 、 大 小和 夹杂物形 态 . 如果 夹杂物中含 有表 征结晶器保 护渣卷 入 的 N a , K , iL 等调节 保护 渣熔化 特性的碱 土金 属元 素 , 则 可 以认为是 由于结晶器 液面波 动造 成的卷 渣 . 典型 的夹杂物 有以下几种 : ( 1) 含 有较高 含量 的 is q , c a o , M g O , 1A 2仇 的单一 夹 杂物 . 这 类 夹杂 物纯 度较 高 , 基 本 为纯 物 质 , is q 型 占 52 . 0 % , 1A 2 q 型 夹 杂 占 3 2 . 0 0 % , C a O 型夹 杂 占 r 2 . 0 0 % , M g O 型夹 杂 占 4 . 0 % . 而且这类 夹 杂 物 主 要 是 外 来 夹 杂 , 颗 粒 较大 , 平均直径 在 13 5 拼m 左 右 , 为 耐火 材 料在 钢 水的侵蚀 下剥离耐火 材料表面而进入 钢水造成 的 夹杂 . 由于粒径较 大 , 没 有 上 浮到 钢 渣 界面 从 而 被保护 渣 捕捉 ( 占 48 . 0 % ) , 或上 浮到 了钢渣 界 面 由于液 面的波动和 注流 的剪切而 重新 进入钢液 ( 占 52 . 0 0 % )形成铸坯 内部缺 陷 . 典型 的 iS q 卷 渣 夹 杂 物 如 图 6 所 示 ( 含 有 N a 0 . 92 % , K 1 2 . 6 2 7 % ) . 追嘲如的 娜杀咪于彭摹罗。l 圈 4 不同拉速 、 相同吹扭且 、 相同吹扭方式下夹杂物含t 比较 lF g . 4 C咐钾 d翔 o f i n e lls lon c o n t e o st u n d e r 山 r介 代 n t s碑 e d ` , t加 , 峨嗯 盯沙 . c o n t e . t a dn the 引 u . e b ol w tgn . 闭 e 3 . 4 不 同拉速 、 不 同吹氮且 、 相同的 分配方式下 铸坯夹杂物含 t 及分布 比较 5 0 1 工 况 、 5 0 3 工 况 和 5 5 3 工况 ( A + B 位置 )夹杂物含 量 , 如图 5 . 由于 分 配方 式 的 不 同 夹杂物总量 由 5 01 工况 的 5 . 59 m g ( 10 k g 钢样 ) 降至 5 0 3 工 况 的 2 . 4 m g ( 2 0 k g 钢 样 ) , 降幅 为 6 1 _ 、 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 5 旧 曰忌量 口 < S U严 “ “ 0一 `4 0 阿 “ ` 4小” U u 阿 图 ` 55 3 工况 5 10 2 夹杂物扫描电镜照片 F i g . 6 S E M Pho tog ar 帅 o f s lOZ l n e l助i o n . dn e r 5 0 l e o 卜卜ó卜L dn 川加 臼 曰é 4 旧朋困 门``1, 啊如、助日 鼻筷味壮于塞罗。一 扩 扩 扩 护 护 尹 样 号 图 s 不同拉速 、 不同吹妞t 、 相同吹扭方式下夹杂物含t 比较 F坛 . S C闹P ar 侣锄 of i n c 】朋场 n c o n t e . st u ” d e r dl 什 e er n t s eP ed sl d if fe 代 耐 . 飞。 . c。 川 e 川 叨d t加 s a 团. e b l o w i n g m ed e ( 2) 硅 酸盐 、 铝酸盐 、 硅 铝 酸盐 复 合夹 杂 、 这 类夹杂物 含 一 般含 有较 高 iS 仇 , iA Z O 3 和 一 定量 的 M n O 等 其 他 夹 杂 , 其 中 硅 酸 盐 夹 杂 占 3 2 . 3 5 % , 铝 酸 盐 夹 杂 占 2 0 . 59 % , 硅 铝复合 夹杂 占 3 8 . 2 4 % , 另 外 少 量 的 c a o 一M g O 型 夹 杂 占 8 . 82 % . 夹 杂 物平均粒径 为 1 39 拌m , 颗 粒 较 大 . 这类 夹杂物是 外来夹杂 , 主要 是脱氧产物 , 形状不

Vol.28 No.1 卢金雄等：板坯连铸结晶器吹氩对铸坯卷渣的彩响 ·37· 规则.由于卷渣造成的夹杂物占65%，典型的的吹氩量难以满足保证铸坯质量要求，且使得结 A2O3卷渣夹杂物如图7所示（含有Na6.89%,K 晶器流场变得不稳定，引起严重的铸坯卷渣.实 0.87%) 验中没有大于300am的大颗粒夹杂，表明钢水进 入结晶器之前控制浇铸质量的措施是成功的 (2)卷渣造成的夹杂物半数以上是硅酸盐、 铝酸盐、或两者的复合夹杂物 (3)拉速在1.4m'min1时，吹氩量及分配控 制在上滑板/上水口为9.75/9.50L·min1 (101.3kPa)的吹氩方式下，得到的铸坯质量最 好；并且发现，吹氩总量和分配方式对于铸坯卷渣 的影响和拉速同样重要 参考文献 (1]Thomas B G.Huang X.Sussman R C.Simulation of argon 图7553工况A20-CaS夹杂物扫描电镜照片 gas flow effects in a continuous slab caster.Matall Mater Flg.7 SEM photograph of AlO3-CaS inclusion under 553 con- Trans B.1994,25B:527 dition [2]Li B K,Okane T,Umeda T.Modeling of molten metal flow (3)成分复杂，形状不规则球状夹杂.这类 in a continuous casting process considering the effects of argon gas injection and static magnetic-field application.Metall 夹杂物数量较少，成分复杂，粒径很大，有的达到 Mater Trans B,2000,31B:1491 了260μm,并且含有Cu,Zn,S等元素. [3]Thomas B G,Zhang L F.Mathematical modeling of fluid flow (4)553吹氩工况下的夹杂物.由大样电解 in continuous casting.ISIJ Int,2001,41(10):1181 的结果可以看到，553工况吹氩量比较合理，通过 [4]Lei H.Wang L Z,Wu Z N,Fan J F.Collision and coales cence of alumina particles in the vertical bending continuous 扫描电镜分析得到其铸坯中夹杂物的特点是：夹 caster.ISLJ Int,2002,42(7):717 杂物的粒径较小，平均在70~80μm,硅酸盐夹杂 [5】张焗明，赫冀成.不同工艺因素对板坯连饶结晶器流场的 占44.44%，铝酸盐夹杂占22.22%，硅铝复合夹 影响∥第三次全国冶金模型化会议.包头，1994：9 杂占33.33%. [6]Mills NT.The development of submerged entry width nozzles for strand casting steel slabs.Continmous Cast,1983,1:85 4结论 [7]李宝宽，李东辉。连结晶器内祸流现象的水模型观和 数字模拟.金属学报，2002,38(3)：315 (1)连铸结晶器吹氩总量及分配方式对铸坯 的质量有重要影响，单独调整上滑板或者上水口 Influence of argon injection into slab continuous casting molds on slag entrap- ment in billets LU Jinxiong,WANG Wenke,ZHANG Jiongming,WANG Xinhua,WANG Wanjun,QIE Fang Metallurgical and Ecological Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT Argon gas injection into a slab continuous casting mold through the submerged nozzle changes the mold flow region.Surface level fluctuation in the mold would lead to slag entrapment in billets.The in- fluence of argon injection on slag inclusion quantities and types in billets was investigated by means of SEM and bulk sample electrolysis.The reasonable technological parameters,such as the quantity and distribution of argon injection,were analyzed and provided for avoiding slag entrapment in billets.The result showed that the mass ratio of slag entrapment to the inclusions in the mold was beyond 50%and the optimized ar- gon gas injection was significant to reduce slag entrapment. KEY WORDS slab;bulk sample electrolysis;argon injection;slag entrapment

l o V . 8 N 2 o . 1 卢金雄等 : 板 坯连铸结晶器吹扭对钾坯 卷渣 的形响 规则 . 由于 卷 渣 造成 的 夹 杂 物 占 5 6 % , 典 型 的 1A 2仇 卷 渣夹杂 物如 图 7 所 示 (含有 N a 6 . 89 % , K 0 . 8 7 % ) . 的吹氢量难以 满足 保证铸坯 质量要 求 , 且 使得 结 晶器 流场变得 不稳定 , 引 起严 重 的 铸坯卷渣 . 实 验中没 有大于 3 0 拜m 的大颗 粒夹杂 , 表明钢水进 入结 晶器之前 控制浇铸质量的措施 是成 功的 . ( 2) 卷 渣 造成的 夹杂物半数以上 是 硅 酸 盐 、 铝 酸盐 、 或两者的复合夹 杂物 . ( 3) 拉速在 1 . 4 m · m i n 一 `时 , 吹 氢量及分配控 制 在 上 滑 板 /上 水 口 为 9 . 7 5 9/ . 50 L · m i n 一 ’ ( 10 1 . 3 kP a) 的 吹 氢方式下 , 得 到 的铸坯 质量最 好 ; 并 且发现 , 吹氢总量和分 配方 式对于 铸坯卷渣 的影 响和拉速 同样重要 . 图 7 5 ” 工况 1A 2伪 一 c as 夹杂物扫描电镜照片 F 泣9 . 7 SE M P h 0 tOg ’Ia 户 o f IA : O3 一 C aS I n e l ls o n u n d e r 5 5 3 cou · d lit o n ( 3) 成 分 复 杂 , 形 状 不 规 则 球状 夹杂 . 这类 夹杂物数 量较少 , 成 分 复杂 , 粒径 很 大 , 有的达 到 了 2 6 0 产m , 并 且 含有 C u , Z n , S 等元 素 . ( 4) 5 3 吹氢 工 况 下 的夹 杂 物 . 由大样 电解 的结 果可 以看到 , 5 53 工况 吹氢 量 比较 合理 , 通 过 扫描 电镜分析 得 到 其铸坯 中夹杂物 的特点 是 : 夹 杂物的粒径较 小 , 平 均 在 70 一 80 拼m , 硅酸 盐 夹杂 占 4 4 . 4 4 % , 铝 酸盐夹 杂占 2 . 2 % , 硅 铝复 合夹 杂占 3 3 . 3 3 % . 4 结论 ( 1) 连铸 结 晶器 吹氢 总量及 分配 方式对 铸坯 的质量有 重要 影响 , 单独 调整 上 滑板 或者 上 水 口 考 文 献 T ho m as B G . H u a n g X , S u ~ R C . S im ul at oln of ar g on g as ofl w e f ce t s i n a c o n t in u o u s s lab ca s t er . M a 幻日1 M . t e r 飞丫. . B , 19 9 4 , 25 B : 5 27 L i B K , O k a n e T . U m e d a T . M od d i吃 of m o l t e n m e t al fl o w i n a co n t i n uo u s cas t i咚 p ocr e s cons id ier 呢 t h e ef f ec st of a gr o n g as inj ec t io n an d s at t i e m ag n et i e 一 fiel d a P p il e at io n . M et 山 M a t e r T r a ns B , 2 0 00 , 3 1 B : 1 4 9 1 T ho m as B G , Z h a n g L F . M at h e m a t i cal m 司e li明 o f n u id f l o w i n c o n t i n ou u s e as t i n g . 拐 U lnt , 2 0 0 1 , 4 1 ( 1 0 ) : 1 1 8 1 L e i H , W a n g L Z , W u Z N , F an J F . C o lli s i o n an d e o al es - ce n e e of al urn ian P a rt i cl es i n t h e v e r t l c8I be n d i n g con t i n ou us c as t e r . I S U I nt , 2 0 0 2 , 4 2 ( 7 ) : 7 1 7 张炯 明 , 赫冀成 . 不同工艺 因素对板坯连铸结 晶器流场的 影响 / 第三次全国冶金模型化会议 . 包头 , 1 9 4 : 9 M iil s N T . T h e d e v e l o pme n t o f su b m e tg e d ent 汀 w id t h noz lz es fo r st r an d c a s t吨 st el s l a b s . C o . ti . uo us C as t , 19 8 3 , 1 ; 8 5 李宝宽 , 李东辉 . 连铸结 晶器内涡 流现 象的水模型观察和 数字模拟 . 金肠学报 , 2 0 0 2 , 3 8 ( 3 ) : 3 15 l[] , . J ,J. 飞ù 4 厂ILF . l es J, J.J ù叹`U 7 户.L卫f r esL I n fl u e n e e o f a r g o n i nj e e t i o n i n t o s l a b e o n t i n u o u s e a s t i n g m o l d s o n s l a g e n t r a P - m e n t i n b i ll e t s L U J i n x i o n g , V乙AN G W七n k e , Z H A N G J i o n g m i n g , W A N G X i n h u a , W A N G W瓦nj u n , Q IE aF n g M e t al u r g i e al an d E e o l咚i e al E n g ien e r , n g cS h o l , U n i v e r s i t y o f cS i e n e e a n d T e e h n o 1 0 g y B e ij in g , eB ij i n g 1 00 0 83 , C h i n a A BS T R A C T A r g o n g a s i nj e e t i o n i n t o a s lab e o n t i n u o u s e a s t i眼 mo l d t h or u g h t h e s u b m e r g e d no z lZ e e ha ng e s t h e m o ld fl o w er g i o n . S u fr a e e l e v e l fl u e r u a t i o n i n t h e m o ld w o u ld l e a d t o 5 1眼 e n t ar P m e n t i n b ill e t s . T h e i n - fl u e n e e o f a r 即 n inj e e t i o n o n s l a g i n e l u s i o n q u a n t i t i e s a n d t y p e s i n b i ll e t s w a s i n v es t i g a t e d b y m e an s o f S E M a n d b u lk s a m p l e e l e e t or l y s i s . T h e r e aso n a b l e t e e h n o l娘i e a l p a r a m e t e r s , s u e h a s t h e q u a n t i t y a n d d i s t ir b u t i o n o f a r即 n inj e e t i o n , w e r e a n a l y z e d a n d p or v i d e d fo r a vo i d i n g 5 1昭 e n t ar p m e n t i n b i ll e r s . hT e er s u l t s ho we d t h a t t h e m a s r a t i o o f s l a g e n t r a p m e n t t o t h e i n e l u s i o n s i n t h e m o l d w as b e y o n d 5 0 % a n d t h e o p t im i z e d a r - g o n g a s i nj e e t i o n w a s s i g n i fi e a n t t o r e d u e e s l a g e n t ar P m e n t . K E Y WO R D S s l a b ; b u lk sa m p l e e l e e t or l y s i s ; a r g o n i flj e e t i o n ; 5 1眼 e n t r a p m e n t