苑鹏等：高拉速连铸低碳铝镇静钢铸坯中夹杂物 ·343· 铸坯洁净度的主要原因 转坯宽度方向 低碳铝镇静钢所生产的深冲冷轧薄板广泛用于汽 车、家电等制品，对表面品质的要求很高.钢中大尺寸 宽面（内通侧） 的非金属夹杂物是造成此类钢种表面缺陷的主要原 子子多多 因，而分布在铸坯表层的大尺寸夹杂物对其表面质量 宽度中心处 窄面 4 的危害尤为严重.基于此，本实验分析不同拉速下低 碳铝镇静钢铸坯表层夹杂物的数量变化规律，并通过 外弧侧 研究夹杂物在凝固前沿的捕获行为来解释夹杂物在铸 图1铸坯取样示意图 坯表层的分布，为进一步改善铸坯表层的洁净度提供 Fig.I Schematic illustration of the sampling locations 理论支持 保证结果准确无误，利用Aspex自带的“再定位(relo- 1实验方法 cate)”的方法进行人工检查 实验铸坯取自首钢京唐公司3铸机正常浇注时 1.2铸坯皮下钩状坯壳 所生产的低碳铝镇静钢铸坯.表1是不同铸坯试样化 为探究铸坯皮下钩状坯壳组织对夹杂物捕获的影 学成分，表2是其浇注参数.通过研究不同拉速下铸 响，本文对不同拉速下铸坯的钩状坯壳组织进行详细 坯表层的夹杂物，来讨论拉速提高后铸坯洁净度的变 地研究.试样尺寸为50mm×10mm×10mm,对垂直于 化及原因.本实验所取铸坯对应拉速分别为1.8、2.0、 铸坯表层的纵截面细磨和抛光，用饱和的苦味酸溶液 2.3和2.5mmin.对常规板坯而言，2.0mmim以 进行侵蚀，然后在光学显微镜下观测 下属于常规拉速，高于2.0mmin即属于高拉速. 1.3结晶器内钢液流动的测量 取样示意图如图1所示，在每块铸坯表层宽度方 为探究钢液流动对夹杂物捕获的影响，本实验对 向上每隔1/8取一块状试样即每块铸坯表层取7块 凝固坯壳前沿的钢液流速进行测算.Okano等网研究 试样. 发现，根据枝晶的偏转角度可以测算出对应结晶器中 表1实验所用低碳铝镇静钢的化学成分（质量分数） 钢液流速.铸坯试样尺寸为25mm×25mm×15mm,将 Table 1 Chemical composition of low carbon aluminum killed steel for 垂直于表层的横截面进行细磨和抛光，用饱和的苦味 test 酸溶液侵蚀，然后在光学显微镜下观测并记录照片，用 铸坯编号C Si Mn P Als 角度测量软件对枝晶的偏转角度进行准确地测量，再 A 0.02 0.02 0.220.0100.005 0.020 根据Okao等提出的钢液流速计算公式计算凝固前沿 B 0.04 0.01 0.32 0.0130.0070.036 的钢液流速四： C 0.03 0.010.220.0100.0100.028 lnm=9+9.73nf+33.7 1.45lnf+12.5,<50cms.(1) 0.040.01 0.210.0110.007 0.045 式中：0为枝晶偏角，()；f为凝固速率，cms:为 表2铸坯试样对应的浇注参数 钢液流速，cm·s.在不使用结晶器内电磁搅拌(M一 Table 2 Casting parameters of the slab samples EMS)的情况下，凝固前沿的钢液流速很难达到50 铸坯拉速/宽度/结品器结品器振FC线圈 cmsl 编号(mmin)mm 振频/z幅/mm结品器电流/A 2 实验结果及讨论 A 1.8 10003.62 3 开启 665 2.0 1000 3.95 3 开启 665 2.1夹杂物的形貌与分类 C 2.3 1050 4.45 3 开启 665 实验发现，在稳态浇注条件下所生产的低碳铝镇 D 2.5 10004.78 3 开启 665 静钢铸坯中，尺寸大于20m的夹杂物主要分为2种 类型：簇群状的氧化铝夹杂物：气泡+簇群状氧化铝型 1.1铸坯表层夹杂物 夹杂物，并没有发现保护渣夹杂物.这是因为当拉速 试样尺寸为70mm×50mm×30mm,由于试样较 达到1.8mmim及以上时，电磁制动(FC结晶器)开 大，需要使用自动磨样机进行制样.首先磨掉表层的 启，这样结晶器内的液面波动得到有效抑制，保护渣卷 氧化铁皮，之后进行细磨和抛光，然后使用Aspex自动 入的概率大大降低 扫描电镜对直径在20m以上的夹杂物进行自动扫 图2是簇群状氧化铝夹杂物的典型形貌.图3是 描，每块试样的扫描面积约为2000mm2,因此每块铸坯 簇群状氧化铝夹杂物的能谱面扫描图.图4是气泡+ 表层夹杂物的检测面积达到14000m2.扫描结束后为 簇群状氧化铝型夹杂物的典型形貌和能谱面扫描图.苑 鹏等: 高拉速连铸低碳铝镇静钢铸坯中夹杂物 铸坯洁净度的主要原因． 低碳铝镇静钢所生产的深冲冷轧薄板广泛用于汽 车、家电等制品，对表面品质的要求很高． 钢中大尺寸 的非金属夹杂物是造成此类钢种表面缺陷的主要原 因，而分布在铸坯表层的大尺寸夹杂物对其表面质量 的危害尤为严重． 基于此，本实验分析不同拉速下低 碳铝镇静钢铸坯表层夹杂物的数量变化规律，并通过 研究夹杂物在凝固前沿的捕获行为来解释夹杂物在铸 坯表层的分布，为进一步改善铸坯表层的洁净度提供 理论支持． 1 实验方法 实验铸坯取自首钢京唐公司 3# 铸机正常浇注时 所生产的低碳铝镇静钢铸坯． 表 1 是不同铸坯试样化 学成分，表 2 是其浇注参数． 通过研究不同拉速下铸 坯表层的夹杂物，来讨论拉速提高后铸坯洁净度的变 化及原因． 本实验所取铸坯对应拉速分别为 1. 8、2. 0、 2. 3 和 2. 5 m·min － 1 ． 对常规板坯而言，2. 0 m·min － 1 以 下属于常规拉速，高于 2. 0 m·min － 1 即属于高拉速． 取样示意图如图 1 所示，在每块铸坯表层宽度方 向上每隔 1 /8 取一块状试样即每块铸坯表层取 7 块 试样． 表 1 实验所用低碳铝镇静钢的化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of low carbon aluminum killed steel for test % 铸坯编号 C Si Mn P S Als A 0. 02 0. 02 0. 22 0. 010 0. 005 0. 020 B 0. 04 0. 01 0. 32 0. 013 0. 007 0. 036 C 0. 03 0. 01 0. 22 0. 010 0. 010 0. 028 D 0. 04 0. 01 0. 21 0. 011 0. 007 0. 045 表 2 铸坯试样对应的浇注参数 Table 2 Casting parameters of the slab samples 铸坯 编号 拉速/ ( m·min － 1 ) 宽度/ mm 结晶器 振频/Hz 结晶器振 幅/mm FC 结晶器 线圈 电流/A A 1. 8 1000 3. 62 3 开启 665 B 2. 0 1000 3. 95 3 开启 665 C 2. 3 1050 4. 45 3 开启 665 D 2. 5 1000 4. 78 3 开启 665 1. 1 铸坯表层夹杂物 试样尺寸为 70 mm × 50 mm × 30 mm，由于试样较 大，需要使用自动磨样机进行制样． 首先磨掉表层的 氧化铁皮，之后进行细磨和抛光，然后使用 Aspex 自动 扫描电镜对直径在 20 μm 以上的夹杂物进行自动扫 描，每块试样的扫描面积约为 2000 mm2 ，因此每块铸坯 表层夹杂物的检测面积达到 14000 m2 ． 扫描结束后为 图 1 铸坯取样示意图 Fig． 1 Schematic illustration of the sampling locations 保证结果准确无误，利用 Aspex 自带的“再定位( relo￾cate) ”的方法进行人工检查． 1. 2 铸坯皮下钩状坯壳 为探究铸坯皮下钩状坯壳组织对夹杂物捕获的影 响，本文对不同拉速下铸坯的钩状坯壳组织进行详细 地研究． 试样尺寸为 50 mm × 10 mm × 10 mm，对垂直于 铸坯表层的纵截面细磨和抛光，用饱和的苦味酸溶液 进行侵蚀，然后在光学显微镜下观测． 1. 3 结晶器内钢液流动的测量 为探究钢液流动对夹杂物捕获的影响，本实验对 凝固坯壳前沿的钢液流速进行测算． Okano 等［2］研究 发现，根据枝晶的偏转角度可以测算出对应结晶器中 钢液流速． 铸坯试样尺寸为 25 mm × 25 mm × 15 mm，将 垂直于表层的横截面进行细磨和抛光，用饱和的苦味 酸溶液侵蚀，然后在光学显微镜下观测并记录照片，用 角度测量软件对枝晶的偏转角度进行准确地测量，再 根据 Okano 等提出的钢液流速计算公式计算凝固前沿 的钢液流速［2］: ln v = θ + 9. 73ln f + 33. 7 1. 45ln f + 12. 5 ，v ＜ 50 cm·s － 1 ． ( 1) 式中: θ 为枝晶偏角，( °) ; f 为凝固速率，cm·s － 1 ; v 为 钢液流速，cm·s － 1 ． 在不使用结晶器内电磁搅拌( M-- EMS) 的情 况 下，凝 固 前 沿 的 钢 液 流 速 很 难 达 到 50 cm·s － 1 ． 2 实验结果及讨论 2. 1 夹杂物的形貌与分类 实验发现，在稳态浇注条件下所生产的低碳铝镇 静钢铸坯中，尺寸大于 20 μm 的夹杂物主要分为 2 种 类型: 簇群状的氧化铝夹杂物; 气泡 + 簇群状氧化铝型 夹杂物，并没有发现保护渣夹杂物． 这是因为当拉速 达到 1. 8 m·min － 1 及以上时，电磁制动( FC 结晶器) 开 启，这样结晶器内的液面波动得到有效抑制，保护渣卷 入的概率大大降低． 图 2 是簇群状氧化铝夹杂物的典型形貌． 图 3 是 簇群状氧化铝夹杂物的能谱面扫描图． 图 4 是气泡 + 簇群状氧化铝型夹杂物的典型形貌和能谱面扫描图． ·343·