IF钢铸坯中高SiO2类夹杂来源探讨

第36卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.36 Suppl.1 2014年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2014 F钢铸坯中高SO,类夹杂来源探讨 王 敏2)区，杨 荃) 1)北京科技大学国家板带生产先进装备工程技术研究中心，北京100083 2)钢铁治金新技术国家重点实验室，北京科技大学，北京100083 ☒通信作者，E-mail:worldmind(@163.com 摘要采用X射线衍射、扫描电镜及能谱、夹杂物无损伤提取等手段研究和跟踪了F钢铸坯中大颗粒高S0,类夹杂物的 特征及来源.结果表明：F铸坯中存在大量大颗粒固相夹杂物，其中高Si02类夹杂约占总数的60%，尺寸较大，一般>50um, 形状不规则：铸坯中高SO2夹杂的主要来源是未预熔充分的结晶器保护渣，粉渣颗粒内部存在多个物相，其中部分高熔点固 相氧化物(SO2,A山，0，)在浇注过程中未完全溶解就伴随卷渣进入钢中被坯壳捕获，最终形成铸坯中夹杂物.改善保护渣的预 熔性能，很大程度可以降低高S0,类固相大颗粒夹杂物对铸坯造成的质量缺陷. 关键词Si0,:夹杂物：卷渣：保护渣 分类号T℉762.5 Source analysis on high SiO,inclusions in interstitial free (IF)steel slab WANG Min'2e,YANG Quan'》 1)National Engineering Research Center of Flat Rolling Equipment,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)State Key Laboratory of Advanced Metallurgy,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:worldmind@163.com ABSTRACT The characteristics and source of high SiO,inclusions in IF steel slab were studied through a variety of methods,such as X-ray diffraction(XRD),scanning electron microscopy/energy dispersive spectroscopy (SEM/EDS),and non-destructive inclusion extraction.Results showed that many solid macro-inclusions existed in the IF steel slab,and the high SiO,inclusions in irregular shape and large size (>50 pm)occupied 60%of the total number.This kind of inclusions was mainly from the bad pre-melt mould power. High-melting-point solid oxides,such as SiO and AlO existed inside the power particles,and these solid oxides were captured by the shell before dissolved completely during the casting,and finally formed inclusions in the slab.quality defects of the slab caused by high SiO,inclusions can be reduced by improving the pre-melting performance of the mould powder. KEY WORDS SiO2;inclusions;slag entrapment;mould powder F钢主要被用作汽车和家电的外板，要求具有 此方面也逐步受到学者的重视B句 良好的深冲性能和表面质量，对大型夹杂物的要求 A厂采用BOF(210t)RHCC工艺生产IF钢， 尤为严格)：在F钢治炼各个环节除考虑钢种的 其目标控制成分如表1.转炉出钢采用留氧操作， 目标成分、温度外，需更加注重夹杂物尤其是大颗粒 RH采用自然脱碳，脱碳结束后先加A1脱氧，间隔 高危害夹杂物的控制和去除.否则极易造成冷轧板 3~5min后进行Ti合金化，RH精炼结束后钢液镇 表面由于夹杂物不合格而导致的表面质量缺陷四， 静去除夹杂物，然后浇注成断面1400mm×230mm 收稿日期：2013-11-21 基金项目：钢铁治金新技术国家重点实验室基金资助项目(KF1309):博士后特别基金资助项目(2013T60062):高等学校博士学科点专项科 研基金资助项目(20130006110023) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.s1.030:http://joumals.ustb.edu.cn

第 36 卷 增刊 1 2014 年 4 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 Suppl． 1 Apr． 2014 IF 钢铸坯中高 SiO2 类夹杂来源探讨 王 敏1，2) ，杨 荃1) 1) 北京科技大学国家板带生产先进装备工程技术研究中心，北京 100083 2) 钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京科技大学，北京 100083  通信作者，E-mail: worldmind@ 163． com 摘 要 采用 X 射线衍射、扫描电镜及能谱、夹杂物无损伤提取等手段研究和跟踪了 IF 钢铸坯中大颗粒高 SiO2类夹杂物的 特征及来源． 结果表明: IF 铸坯中存在大量大颗粒固相夹杂物，其中高 SiO2类夹杂约占总数的 60% ，尺寸较大，一般 ＞ 50 μm， 形状不规则; 铸坯中高 SiO2夹杂的主要来源是未预熔充分的结晶器保护渣，粉渣颗粒内部存在多个物相，其中部分高熔点固 相氧化物( SiO2，Al2O3 ) 在浇注过程中未完全溶解就伴随卷渣进入钢中被坯壳捕获，最终形成铸坯中夹杂物． 改善保护渣的预 熔性能，很大程度可以降低高 SiO2类固相大颗粒夹杂物对铸坯造成的质量缺陷． 关键词 SiO2 ; 夹杂物; 卷渣; 保护渣 分类号 TF762 + . 5 Source analysis on high SiO2 inclusions in interstitial free ( IF) steel slab WANG Min1，2)  ，YANG Quan1) 1) National Engineering Ｒesearch Center of Flat Ｒolling Equipment，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) State Key Laboratory of Advanced Metallurgy，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: worldmind@ 163． com ABSTＲACT The characteristics and source of high SiO2 inclusions in IF steel slab were studied through a variety of methods，such as X-ray diffraction ( XＲD) ，scanning electron microscopy /energy dispersive spectroscopy ( SEM/EDS) ，and non-destructive inclusion extraction． Ｒesults showed that many solid macro-inclusions existed in the IF steel slab，and the high SiO2 inclusions in irregular shape and large size ( ＞ 50 μm) occupied 60% of the total number． This kind of inclusions was mainly from the bad pre-melt mould power． High-melting-point solid oxides，such as SiO2 and Al2O3 existed inside the power particles，and these solid oxides were captured by the shell before dissolved completely during the casting，and finally formed inclusions in the slab． quality defects of the slab caused by high SiO2 inclusions can be reduced by improving the pre-melting performance of the mould powder． KEY WOＲDS SiO2 ; inclusions; slag entrapment; mould powder 收稿日期: 2013--11--21 基金项目: 钢铁冶金新技术国家重点实验室基金资助项目( KF13--09) ; 博士后特别基金资助项目( 2013T60062) ; 高等学校博士学科点专项科 研基金资助项目( 20130006110023) DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． s1． 030; http: / /journals． ustb． edu． cn IF 钢主要被用作汽车和家电的外板，要求具有 良好的深冲性能和表面质量，对大型夹杂物的要求 尤为严格［1--3］; 在 IF 钢冶炼各个环节除考虑钢种的 目标成分、温度外，需更加注重夹杂物尤其是大颗粒 高危害夹杂物的控制和去除． 否则极易造成冷轧板 表面由于夹杂物不合格而导致的表面质量缺陷［4］， 此方面也逐步受到学者的重视［5--6］． A 厂采用 BOF( 210 t) --ＲH--CC 工艺生产 IF 钢， 其目标控制成分如表 1． 转炉出钢采用留氧操作， ＲH 采用自然脱碳，脱碳结束后先加 Al 脱氧，间隔 3 ～ 5 min后进行 Ti 合金化，ＲH 精炼结束后钢液镇 静去除夹杂物，然后浇注成断面 1400 mm × 230 mm

增刊1 王敏等：F钢铸坯中高Si0,类夹杂来源探讨 ·163· 板坯，热轧成1400mm×（7~10)mm的热轧板卷， 本文主要对F钢中高Si0,类大颗粒夹杂物的来源 经冷轧最终形成1400mm×（1~3)mm的冷轧板， 进行跟踪和分析，为降低因此类夹杂物造成的冷轧 在冷轧卷表面上常发生因大颗粒夹杂物引起的起皮 板质量缺陷 缺陷，如图1，缺陷中常含有高Si02类大颗粒夹杂 表1A厂F钢目标成分（质量分数） Table 1 Target composition of IF steel in work A % Si Mn P Al, N ≤0.003 ≤0.01 0.15 ≤0.012 ≤0.012 0.030-0.050.05-0.07 ≤0.004 (图4(b)),约占总数的35%（图5）：部分高Si0,类 物按：2号月6电 4D2531o0 夹杂含有K、Na等元素（图4(c),4(d)),数量约占 总数的25%，从形状和成分判断上述夹杂物在炼钢 温度下为固相.②块状A山，0，·此类夹杂物数量约 占总数的25%，尺寸较大(>100um)、棱角分明，如 图1典型冷轧板表面缺陷 图4(e).③含Mg0类夹杂.此类夹杂物数量约占 Fig.1 Typical surface defects in cold-rolled plate 总数的25%，尺寸较大(>50um),形状不规则，如 图4().具体成分如表2. 1 试验方法 为了准确分析和判断铸坯中大颗粒夹杂物的形 貌和成分特征，采用夹杂物无损伤提取法对铸坯试 样进行电解可，试验装置如图2所示.采用恒电流 单液电解法，电解液以无水甲醇为溶剂，附加铵盐作 为电解质组成的混合溶液，溶液pH=8,与传统酸性 电解相比，有机溶液体系避免了酸性水溶液电解过 程对夹杂物造成破坏 试样闲极 图3电解提取的夹杂物总貌 Fig.3 General morphology of inclusions after extraction 0 铸坯电解分离后得到大量形状不规则的大颗粒 水箱 稳压稳流电源 固相夹杂物，如高Si02类夹杂、Al,03、Mg0·Ca0等， 棱角分明且变形能力差，极易在后序轧制过程中对 图2无损提取夹杂物示意图 轧材质量产生影响，导致表面缺陷可 Fig.2 Schematic of inclusion extraction by the non-destructive meth- 2.2铸坯中大颗粒夹杂物内部特征 od 高Si0,类夹杂占到总夹杂物数量约60%，为分 2 析此类大颗粒夹杂物内部成分情况，将其包埋在树 结果分析与讨论 脂中切片后观察，其内部成分存在三种类型：①纯的 2.1铸坯中大颗粒夹杂物三维特征 Si02,如图6(a):②以Si02为主，含有少量K、Al、Mg 铸坯中夹杂物经无损伤提取后，固定在导电胶 等元素，如图6(b):③内层为纯Si02,外部有一层含 上对其表面进行喷Cu处理后在扫描电镜下观察， K、Al、Si、Mg等多种元素形成的复相夹杂，如 得到的夹杂物总体形貌如图3所示.大部分大颗粒 图6(c).典型夹杂物成分如表3所示 夹杂物形状不规则、棱角分明：利用能谱仪对夹杂物 图7为边部与中心成分不一的大颗粒高Si02夹 进行成分确认，对电解得到的200个大颗粒夹杂物 杂物元素线分布，此类高Si02类夹杂物中心为纯的 进行统计，分为以下几类：①高Si02类夹杂(Si02> SiO2,边部存在一个由K、Na、Al、Si的多元素反应 60%).形状不规则，主要有棒状（图4(a))、块状 区，从反应机理上判断此类夹杂物是由固态的SO

增刊 1 王 敏等: IF 钢铸坯中高 SiO2类夹杂来源探讨 板坯，热轧成 1400 mm × ( 7 ～ 10) mm 的热轧板卷， 经冷轧最终形成 1400 mm × ( 1 ～ 3) mm 的冷轧板， 在冷轧卷表面上常发生因大颗粒夹杂物引起的起皮 缺陷，如图 1，缺陷中常含有高 SiO2类大颗粒夹杂． 本文主要对 IF 钢中高 SiO2类大颗粒夹杂物的来源 进行跟踪和分析，为降低因此类夹杂物造成的冷轧 板质量缺陷． 表 1 A 厂 IF 钢目标成分( 质量分数) Table 1 Target composition of IF steel in work A % C Si Mn P S Als Ti N ≤0. 003 ≤0. 01 0. 15 ≤0. 012 ≤0. 012 0. 030 ～ 0. 05 0. 05 ～ 0. 07 ≤0. 004 图 1 典型冷轧板表面缺陷 Fig． 1 Typical surface defects in cold-rolled plate 1 试验方法 为了准确分析和判断铸坯中大颗粒夹杂物的形 貌和成分特征，采用夹杂物无损伤提取法对铸坯试 样进行电解［7］，试验装置如图 2 所示． 采用恒电流 单液电解法，电解液以无水甲醇为溶剂，附加铵盐作 为电解质组成的混合溶液，溶液 pH = 8，与传统酸性 电解相比，有机溶液体系避免了酸性水溶液电解过 程对夹杂物造成破坏． 图 2 无损提取夹杂物示意图 Fig． 2 Schematic of inclusion extraction by the non-destructive meth￾od 2 结果分析与讨论 2. 1 铸坯中大颗粒夹杂物三维特征 铸坯中夹杂物经无损伤提取后，固定在导电胶 上对其表面进行喷 Cu 处理后在扫描电镜下观察， 得到的夹杂物总体形貌如图 3 所示． 大部分大颗粒 夹杂物形状不规则、棱角分明; 利用能谱仪对夹杂物 进行成分确认，对电解得到的 200 个大颗粒夹杂物 进行统计，分为以下几类: ①高 SiO2类夹杂( SiO2 ＞ 60% ) ． 形状不规则，主要有棒状( 图 4 ( a) ) 、块状 ( 图 4( b) ) ，约占总数的 35% ( 图 5) ; 部分高 SiO2类 夹杂含有 K、Na 等元素( 图 4( c) ，4( d) ) ，数量约占 总数的 25% ，从形状和成分判断上述夹杂物在炼钢 温度下为固相． ②块状 Al2O3 ． 此类夹杂物数量约 占总数的 25% ，尺寸较大( ＞ 100 μm) 、棱角分明，如 图 4( e) ． ③含 MgO 类夹杂． 此类夹杂物数量约占 总数的 25% ，尺寸较大( ＞ 50 μm) ，形状不规则，如 图 4( f) ． 具体成分如表 2． 图 3 电解提取的夹杂物总貌 Fig． 3 General morphology of inclusions after extraction 铸坯电解分离后得到大量形状不规则的大颗粒 固相夹杂物，如高 SiO2类夹杂、Al2O3、MgO·CaO 等， 棱角分明且变形能力差，极易在后序轧制过程中对 轧材质量产生影响，导致表面缺陷［8--9］． 2. 2 铸坯中大颗粒夹杂物内部特征 高 SiO2类夹杂占到总夹杂物数量约 60% ，为分 析此类大颗粒夹杂物内部成分情况，将其包埋在树 脂中切片后观察，其内部成分存在三种类型: ①纯的 SiO2，如图 6( a) ; ②以 SiO2为主，含有少量 K、Al、Mg 等元素，如图 6( b) ; ③内层为纯 SiO2，外部有一层含 K、Al、Si、Mg 等多种元素形成的复相夹杂，如 图 6( c) ． 典型夹杂物成分如表 3 所示． 图 7 为边部与中心成分不一的大颗粒高 SiO2夹 杂物元素线分布，此类高 SiO2类夹杂物中心为纯的 SiO2，边部存在一个由 K、Na、Al、Si 的多元素反应 区，从反应机理上判断此类夹杂物是由固态的 SiO2 ·163·

·164 北京科技大学学报 第36卷 (b) 20u 55 2355能1 图4典型大型夹杂物形貌.(a)棒状高Si0,类夹杂：(b)块状高SiO2类夹杂：(c)含Na元素的高Si02类夹杂：(d)含K元素的高Si02 类夹杂：()块状AL2O3夹杂：(D不规则含Mg0类夹杂 Fig.4 Typical morphologies of macro-inclusions:(a)rod-ike high Si0,inclusion:(b)lump high Si0,inclusions:(c)high Si0,inclusions with Na element:(d)high Si inclusions with K element:(e)lump Al inclusions:(f)irregular shape inclusions with high Mgo content 表2图4中夹杂物成分（原子分数） 15% 高SiO,类夹杂 Table 2 Compositions of the inclusions in Fig.4 % A1,0夹杂 含Mg类夹杂 25% 图4 0 Na Mg Al Si K Ca Fe 5% 含KNa的高siO,夹杂 (a)65.23 -6.766.0214.77一—7.22 (b)66.93 -1.193.8525.55- -2.70 (c）63.3312.34- -21.52-2.21- (d)63.055.43 -2.6324.561.111.24- 35% (e)60.64 一 -39.36- 一 图5四类典型大型夹杂物的比例 (075.07-11.19-0.50 -13.23- Fig.5 Proportion of four types macro-inclusions a 图6高SiO2类夹杂物内部形貌和成分.(a)纯Si02:(b)含K、A、Mg元素的高SiO2类夹杂：()内层纯Si02外层含多元素的复相夹杂 Fig.6 Internal morphologies and compositions of the inclusions with high Si,content:(a)pure Si0,inclusion:(b)high Si0,inclusion with K. Al,and Mg elements;(c)pure Si0,core with a multi-element composite shell 表3图6中夹杂物成分（原子分数） Table 3 Compositions of the inclusions in Fig.6 颗粒在含K、Na等元素的液渣中逐步反应形成的， Si0,颗粒的未反应核（如图6(a))经反应后在边缘 图6 0 Na Si K (a)60.76 39.24 形成含K、Na、Si、Al的反应区，中心为纯SiO,核心 (b)46.98 10.75 37.09 5.19 (如图6())，当反应完全后最终形成内部和边缘 (c)-165.27 34.73 成分一致的含K、Al、Si多元素复合氧化物（如 (c)-252.53 6.42 9.93 30.19 0.94 图6(b)),此时氧化物中Si02含量仍较高，仍为不

北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 图 4 典型大型夹杂物形貌． ( a) 棒状高 SiO2类夹杂; ( b) 块状高 SiO2类夹杂; ( c) 含 Na 元素的高 SiO2类夹杂; ( d) 含 K 元素的高 SiO2 类夹杂; ( e) 块状 Al2O3夹杂; ( f) 不规则含 MgO 类夹杂 Fig． 4 Typical morphologies of macro-inclusions: ( a) rod-like high SiO2 inclusion; ( b) lump high SiO2 inclusions; ( c) high SiO2 inclusions with Na element; ( d) high SiO2 inclusions with K element; ( e) lump Al2O3 inclusions; ( f) irregular shape inclusions with high MgO content 图 5 四类典型大型夹杂物的比例 Fig． 5 Proportion of four types macro-inclusions 表 2 图 4 中夹杂物成分( 原子分数) Table 2 Compositions of the inclusions in Fig． 4 % 图 4 O Na Mg Al Si K Ca Fe ( a) 65. 23 — 6. 76 6. 02 14. 77 — — 7. 22 ( b) 66. 93 — 1. 19 3. 85 25. 55 — — 2. 70 ( c) 63. 33 12. 34 — — 21. 52 — 2. 21 — ( d) 63. 05 5. 43 — 2. 63 24. 56 1. 11 1. 24 — ( e) 60. 64 — — 39. 36 — — — — ( f) 75. 07 — 11. 19 — 0. 50 — 13. 23 — 图 6 高 SiO2类夹杂物内部形貌和成分． ( a) 纯 SiO2 ; ( b) 含 K、Al、Mg 元素的高 SiO2类夹杂; ( c) 内层纯 SiO2外层含多元素的复相夹杂 Fig． 6 Internal morphologies and compositions of the inclusions with high SiO2 content: ( a) pure SiO2 inclusion; ( b) high SiO2 inclusion with K， Al，and Mg elements; ( c) pure SiO2 core with a multi-element composite shell 表 3 图 6 中夹杂物成分( 原子分数) Table 3 Compositions of the inclusions in Fig． 6 % 图 6 O Na Al Si K ( a) 60. 76 — — 39. 24 — ( b) 46. 98 — 10. 75 37. 09 5. 19 ( c) － 1 65. 27 — — 34. 73 — ( c) － 2 52. 53 6. 42 9. 93 30. 19 0. 94 颗粒在含 K、Na 等元素的液渣中逐步反应形成的， SiO2颗粒的未反应核( 如图 6( a) ) 经反应后在边缘 形成含 K、Na、Si、Al 的反应区，中心为纯 SiO2 核心 ( 如图 6( c) ) ，当反应完全后最终形成内部和边缘 成分 一 致 的 含 K、Al、Si 多元素复合氧化物 ( 如 图 6( b) ) ，此时氧化物中 SiO2 含量仍较高，仍为不 ·164·

增刊1 王敏等：F钢铸坯中高Si0,类夹杂来源探讨 ·165· 规则的固相夹杂，相当于一个新的固相未反应核继 成与液渣一致，则固相颗粒的溶解和反应结束，反应 续与液渣参与元素交换和反应，直到成分完全转变 机理如图8所示. Si 10 um 10um 10m 10 jm Na Al 10m 10m 90m 10m 图7高S02夹杂物成分线扫描 Fig.7 Line scan of high Si0,inclusions K.Na Al 1一未反应的Si(0核心 2一K,N,Al,Si多元素反应区 3一液渣 、反应核， K.Na.Al.Si 夏合氧化物 低熔点多元 复合氧化物 元素扩撒交换 图8高Si02类夹杂的演变机理 Fig.8 Evolution mechanism of high Si0,inclusions 2.3保护渣物相与夹杂物的关系 条件下不可能反应形成SO2类夹杂：因此，判断此 传统观点认为结晶器卷渣形成的夹杂物一般为 类夹杂为外来夹杂，可能与低碱度的保护渣有关. 含K、Na等元素的低熔点大颗粒球形氧化物，本研 将治炼钢种所使用保护渣粉渣粉碎到200目进 究发现铸坯中存在相当数量含K,Na元素的大颗粒 行X射线衍射分析，确定保护渣物相组成.图9表 高Si0,的不规则固相夹杂；由表1可知：试验钢中Si 明，粉渣中存在7个主要物相，多个物相在炼钢温度 质量分数较低(<0.01%)，A、T含量均较高(A]= 下呈固相，其中A山，Si0,和纯SiO,物相与铸坯中检测 0.02%~0.05%,[Ti]=0.05%~0.07%),在治炼 到的夹杂物相近

增刊 1 王 敏等: IF 钢铸坯中高 SiO2类夹杂来源探讨 规则的固相夹杂，相当于一个新的固相未反应核继 续与液渣参与元素交换和反应，直到成分完全转变 成与液渣一致，则固相颗粒的溶解和反应结束，反应 机理如图 8 所示． 图 7 高 SiO2夹杂物成分线扫描 Fig． 7 Line scan of high SiO2 inclusions 图 8 高 SiO2类夹杂的演变机理 Fig． 8 Evolution mechanism of high SiO2 inclusions 2. 3 保护渣物相与夹杂物的关系 传统观点认为结晶器卷渣形成的夹杂物一般为 含 K、Na 等元素的低熔点大颗粒球形氧化物，本研 究发现铸坯中存在相当数量含 K，Na 元素的大颗粒 高 SiO2的不规则固相夹杂; 由表 1 可知: 试验钢中 Si 质量分数较低( ＜ 0. 01%) ，Al、Ti 含量均较高( ［Al］= 0. 02% ～ 0. 05%，［Ti］= 0. 05% ～ 0. 07% ) ，在冶炼 条件下不可能反应形成 SiO2 类夹杂; 因此，判断此 类夹杂为外来夹杂，可能与低碱度的保护渣有关． 将冶炼钢种所使用保护渣粉渣粉碎到 200 目进 行 X 射线衍射分析，确定保护渣物相组成． 图 9 表 明，粉渣中存在 7 个主要物相，多个物相在炼钢温度 下呈固相，其中 Al2 SiO5和纯 SiO2物相与铸坯中检测 到的夹杂物相近． ·165·

·166 北京科技大学学报 第36卷 ·CaF 为判断粉渣中物相的形貌、成分，对保护渣渣粒 *Al,SiO. 和破碎后渣粒内部物相进行扫描电镜及能谱分析， (NaCa(AlsSi0) A CaMgSi,0。 保护渣粉渣粒径在200~500um,如图10，成分为 ￥C:Si0 *Ca,SiO C、Al,Si,Ca,Na,F等多种元素的化合物，渣粒并未 +Si0, 存在有高熔点的物相 为分析渣粒内部物相，将颗粒机械破碎后观察， 渣粒内部物相形貌、成分与外部存在巨大差异，主要 20 30 40 50607080 90 29) 物相中存在较多形状不规则的氧化物：CaF2,如 图11(a);以Si02为主，含少量K、Na元素，如 图9保护渣粉渣X射线衍射 图11(b):以Al203为主，含少量Na、Si、Ca等元素， Fig.9 X-ray diffraction results of the protective slag powder 如图11(c).典型物相成分如表4所示. 1000 800 Ca 600 400 As 200 N 0 4 10 能量keV 图10保护渣粉渣颗粒形貌及能谱 Fig.10 Morphology and EDS of the protective slag powder kU 图11结品器保护渣粉渣中的物相形貌.(a)棒状CaF2相：(b)不规则的高Si02相：(c)团簇状A山20相 Fig.11 Intemal phases of proceting powder for mould:(a)rod-like CaF2 phases:(b)irregular shape Si0 phases:(c)cluster AlO phases 表4图11中夹杂物成分（原子分数） Table 4 Compositions of the inclusions in Fig.11 % 图11 0 Na A Si K Ca 公 Fe (a) 56.60 0.35 19.89 22.43 一 0.74 (b) 一 59.82 一 一 39.67 0.51 (e) 58.24 10.50 0.42 25.89 0.22 4.15 一 0.58 (d) 58.06 8.69 0.51 26.62 5.34 一 0.78 (e) 62.38 一 36.15 一 一 0.28 0.19 1.00 (0 64.30 0.65 32.91 0.68 1.45 保护渣粉渣内部物相，无论形貌、成分均与铸坯 部虽然由低熔点的化合物包裹，但内部存在大量高 中电解得到的高Si0,类夹杂物一致.通过对比结果 熔点的简单氧化物，这些氧化物的熔化速度相对较 可以发现，铸坯中不规则形状的高SiO,类夹杂主要 慢，在简单氧化物还没有完全熔化进入液渣时，如果 来源于未预熔充分的结晶器保护渣，保护渣颗粒外 发生卷渣则此类颗粒会被铸坯捕获而形成钢中的大

北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 图 9 保护渣粉渣 X 射线衍射 Fig． 9 X-ray diffraction results of the protective slag powder 为判断粉渣中物相的形貌、成分，对保护渣渣粒 和破碎后渣粒内部物相进行扫描电镜及能谱分析， 保护渣粉渣粒径在 200 ～ 500 μm，如图 10，成分为 C、Al，Si，Ca，Na，F 等多种元素的化合物，渣粒并未 存在有高熔点的物相． 为分析渣粒内部物相，将颗粒机械破碎后观察， 渣粒内部物相形貌、成分与外部存在巨大差异，主要 物相中存 在 较 多 形 状 不 规 则 的 氧 化 物: CaF2，如 图 11( a) ; 以 SiO2 为 主，含 少 量 K、Na 元 素，如 图 11( b) ; 以 Al2O3为主，含少量 Na、Si、Ca 等元素， 如图 11( c) ． 典型物相成分如表 4 所示． 图 10 保护渣粉渣颗粒形貌及能谱 Fig． 10 Morphology and EDS of the protective slag powder 图 11 结晶器保护渣粉渣中的物相形貌． ( a) 棒状 CaF2相; ( b) 不规则的高 SiO2相; ( c) 团簇状 Al2O3相 Fig． 11 Internal phases of proceting powder for mould: ( a) rod-like CaF2 phases; ( b) irregular shape SiO2 phases; ( c) cluster Al2O3 phases 表 4 图 11 中夹杂物成分( 原子分数) Table 4 Compositions of the inclusions in Fig． 11 % 图 11 O F Na Al Si K Ca Ti Fe ( a) 56. 60 — 0. 35 — 19. 89 — 22. 43 — 0. 74 ( b) — 59. 82 — — — — 39. 67 — 0. 51 ( c) 58. 24 — 10. 50 0. 42 25. 89 0. 22 4. 15 — 0. 58 ( d) 58. 06 — 8. 69 0. 51 26. 62 5. 34 — — 0. 78 ( e) 62. 38 — — 36. 15 — — 0. 28 0. 19 1. 00 ( f) 64. 30 — 0. 65 32. 91 0. 68 — 1. 45 — — 保护渣粉渣内部物相，无论形貌、成分均与铸坯 中电解得到的高 SiO2类夹杂物一致． 通过对比结果 可以发现，铸坯中不规则形状的高 SiO2类夹杂主要 来源于未预熔充分的结晶器保护渣，保护渣颗粒外 部虽然由低熔点的化合物包裹，但内部存在大量高 熔点的简单氧化物，这些氧化物的熔化速度相对较 慢，在简单氧化物还没有完全熔化进入液渣时，如果 发生卷渣则此类颗粒会被铸坯捕获而形成钢中的大 ·166·

增刊1 王敏等：F钢铸坯中高SO,类夹杂来源探讨 ·167· 颗粒夹杂物.对于降低和改善此类大颗粒夹杂物造 [2]Wang M,Bao Y P,Cui H,et al.The composition and morpholo- 成的质量缺陷，应主要考虑改善保护渣的预熔性能， gy evolution of oxide inclusions in ti-bearing ultra low-carbon steel 减少因预熔不充分而造成的固相大颗粒氧化物因卷 melt refined in the RH process.ISIJ Int,2010,50(11):1606 B]Wang M,Bao Y P,Cui H,et al.Surface cleanliness evaluation in 渣和带入对铸坯质量造成的影响. Ti stabilized ultralow carbon (Ti-F)steel.Ironmaking Steelmak- 3结论 ing,2011,38(5):386 4]Xu H W,Yu Y,Li F,et al.Origination mechanism of the edge (1)F铸坯中存在大量大颗粒夹杂物固相夹 shell defect on the hot-rolled IF steel strip.fron Steel,2012,47 杂，其中高Si02类夹杂约占总数的60%，尺寸较大， (9):53 形状不规则：其内部成分多为中心纯SiO2核心，周 (徐海卫，于洋，李飞，等.F钢热轧薄板边部翘皮缺陷的产生 原因及机制.钢铁，2012,47(9)：53) 围为含K、Na、Si、Al的反应区. [5]Zhu G S,Yu H X,Wang W J,et al.Study of surface defects of (2)造成铸坯中高Si02夹杂大量存在的主要原 cold-rolled IF steel sheet.Iron Steel,2004,39(4):54 因是结品器保护渣未预熔充分，导致粉渣颗粒内部 (朱国森，于会香，王万军，等.F钢冷轧板表面缺陷研究.钢 存在多个物相，其中高熔点的固相氧化物S02、 铁，2004,39(4)：54) AL,0,未在液渣中完全溶解就随着卷渣浸入钢中被 6 Zahumensky P,Merwin M.Evolution of artificial defects from slab 坯壳捕获，最终形成铸坯中的此类大颗粒夹杂 to rolled products.J Mater Process Technol,2008,196(1-3): 266 (3)高Si02颗粒在渣中的反应机理：①固相 ]Shang D L.Wang X D,Wang GC,et al.Study on non-metallic Si02颗粒在液渣中经反应后形成中心为纯SiO2,边 inclusions in steel by the method of non-destructive extraction. 缘为含K、Na、Si、Al的反应区；②反应完全后形成内 Metall Standard Qual,2005,43(1):28 部和边缘成分一致的含K、A、Si多元素复合氧化 (尚德礼，王习东，王国承，等.无损伤提取分析钢中非金属夹 物：③新形成的高SiO2含量粒子重新作为固相未反 杂物的实验研究.治金标准化与质量，2005,43(1)：28) 8] Wang M,Bao Y P.Source and negative effects of macro-inclu- 应核继续与液渣反应，直到反应核成分与液渣成分 sions in titanium stabilized ultra low carbon interstitial free 致，则固相颗粒溶解结束. (Ti-F)steel.Met Mater Int,2012,18(1):29 Ren C,Pan H L.Erratum to an analysis of inclusion defects on 参考文献 strip steel surface induced by polyurethane roller.Eng Fail Anal, [Huang J,Min Y,Jiang M F,et al.Evolution of non-metallic 2011,18(8):2343 inclusions during IF steel making process.I Northeast Unie Nat [10]Qiu T.The effect of mold flux on linear defect in IF galvanized Sci,2013,34(3):368 steel sheet.Sichuan Metall,2012,34(4):42 (黄健，闵义，姜茂发，等.F钢生产过程非金属夹杂物的演变 (邱涛.保护渣对F钢镀锌板线状缺陷的影响.四川治金， 行为.东北大学学报（自然科学版），2013,34(3)：368) 2012,34(4):42)

增刊 1 王 敏等: IF 钢铸坯中高 SiO2类夹杂来源探讨 颗粒夹杂物． 对于降低和改善此类大颗粒夹杂物造 成的质量缺陷，应主要考虑改善保护渣的预熔性能， 减少因预熔不充分而造成的固相大颗粒氧化物因卷 渣和带入对铸坯质量造成的影响［10］． 3 结论 ( 1) IF 铸坯中存在大量大颗粒夹杂物固相夹 杂，其中高 SiO2类夹杂约占总数的 60% ，尺寸较大， 形状不规则; 其内部成分多为中心纯 SiO2 核心，周 围为含 K、Na、Si、Al 的反应区． ( 2) 造成铸坯中高 SiO2夹杂大量存在的主要原 因是结晶器保护渣未预熔充分，导致粉渣颗粒内部 存在 多 个 物 相，其中高熔点的固相氧化物 SiO2、 Al2O3未在液渣中完全溶解就随着卷渣浸入钢中被 坯壳捕获，最终形成铸坯中的此类大颗粒夹杂． ( 3) 高 SiO2 颗粒在渣中的反应机理: ①固相 SiO2颗粒在液渣中经反应后形成中心为纯 SiO2，边 缘为含 K、Na、Si、Al 的反应区; ②反应完全后形成内 部和边缘成分一致的含 K、Al、Si 多元素复合氧化 物; ③新形成的高 SiO2含量粒子重新作为固相未反 应核继续与液渣反应，直到反应核成分与液渣成分 一致，则固相颗粒溶解结束． 参 考 文 献 ［1］ Huang J，Min Y，Jiang M F，et al． Evolution of non-metallic inclusions during IF steel making process． J Northeast Univ Nat Sci，2013，34( 3) : 368 ( 黄健，闵义，姜茂发，等． IF 钢生产过程非金属夹杂物的演变 行为． 东北大学学报( 自然科学版) ，2013，34( 3) : 368) ［2］ Wang M，Bao Y P，Cui H，et al． The composition and morpholo￾gy evolution of oxide inclusions in ti-bearing ultra low-carbon steel melt refined in the ＲH process． ISIJ Int，2010，50( 11) : 1606 ［3］ Wang M，Bao Y P，Cui H，et al． Surface cleanliness evaluation in Ti stabilized ultralow carbon ( Ti-IF) steel． Ironmaking Steelmak￾ing，2011，38( 5) : 386 ［4］ Xu H W，Yu Y，Li F，et al． Origination mechanism of the edge shell defect on the hot-rolled IF steel strip． Iron Steel，2012，47 ( 9) : 53 ( 徐海卫，于洋，李飞，等． IF 钢热轧薄板边部翘皮缺陷的产生 原因及机制． 钢铁，2012，47( 9) : 53) ［5］ Zhu G S，Yu H X，Wang W J，et al． Study of surface defects of cold-rolled IF steel sheet． Iron Steel，2004，39( 4) : 54 ( 朱国森，于会香，王万军，等． IF 钢冷轧板表面缺陷研究． 钢 铁，2004，39( 4) : 54) ［6］ Záhumensky P，Merwin M． Evolution of artificial defects from slab to rolled products． J Mater Process Technol，2008，196 ( 1--3) : 266 ［7］ Shang D L，Wang X D，Wang G C，et al． Study on non-metallic inclusions in steel by the method of non-destructive extraction． Metall Standard Qual，2005，43( 1) : 28 ( 尚德礼，王习东，王国承，等． 无损伤提取分析钢中非金属夹 杂物的实验研究． 冶金标准化与质量，2005，43( 1) : 28) ［8］ Wang M，Bao Y P． Source and negative effects of macro-inclu￾sions in titanium stabilized ultra low carbon interstitial free ( Ti-IF) steel． Met Mater Int，2012，18( 1) : 29 ［9］ Ｒen C，Pan H L． Erratum to an analysis of inclusion defects on strip steel surface induced by polyurethane roller． Eng Fail Anal， 2011，18( 8) : 2343 ［10］ Qiu T． The effect of mold flux on linear defect in IF galvanized steel sheet． Sichuan Metall，2012，34( 4) : 42 ( 邱涛． 保护渣对 IF 钢镀锌板线状缺陷的影响． 四川冶金， 2012，34( 4) : 42) ·167·