第7期 邓小旋等：交换钢包过程对F钢连铸板还表层洁净度的影响 ·881· 限制 直弧式两流连铸机，板坯规格为900~1650mm× 铸坯的表层大型夹杂物主要来自于以下几个方 237mm,取样的铸坯断面为1200mm×237mm.取 面：(1)吹入结晶器的氩气泡吸附着夹杂物被凝固 样炉次中包钢水的化学成分为：[%C],0.0016: 的坯壳捕捉：(2)夹杂物聚集在水口内壁形成簇群 [%Si],0.0026:[%Mn],0.11:[%P],0.004: 状的大型夹杂物0（如簇群状A,0,夹杂物），这些 [%S],0.007:[%Al.,0.031;[%Ti],0.07 夹杂物被吹入的氩气或者高速流动的钢水冲入到结 本次实验所取是沿拉速方向长为19.4m的交 晶器钢水内部，在上浮过程中被凝固坯捕获；(3)结 接坯（对应的铸坯浇铸长度为232.8~252.2m).该 晶器表面钢水的剧烈波动与结晶器钢水的表面流速 段铸坯是实验浇次的第4炉与第5炉交换大包时浇 过大导致液态或固态保护渣颗粒卷入到钢液之中被 铸的.图1为该时间段中间包钢水质量、拉速和结 凝固坯壳捕捉：(4)浇铸开始或者更换钢包时钢水 晶器液面波动情况.图1中的浇铸长度根据拉速一 直接与空气或氧化性强的钢渣接触而产生的大型夹 时间曲线对时间变量取积分得到.从图1中可以看 杂物.文献2]报道这些现象更易发生在所谓的 到，在此次大包交换过程中，拉速保持为1.5m· “非稳态浇铸”过程中.在一个浇次中，非稳态浇铸 min1不变，中间包钢水质量由67t(对应中包液位 主要指的是浇铸开始、浇铸结束、拉速变动与交换钢 1020mm)降低至最低59.7t（对应中包液位920 包等阶段.本文主要讨论交换钢包时的情形 mm),然后又回升至67t.中间包钢水质量从最低点 为了达到连续铸造的目的，交换钢包（换包）是 回升至正常吨位总共浇铸了约6.此外，作为对 不可避免的.连铸过程上炉与下炉之间交换大包 比，本实验还在现场选取了拉速稳定在l.5mmin1 时，中间包钢水液面会经历先降低后上升的过程，在 条件下的第4、5炉正常浇铸的铸坯（第4、5炉的第 这个过程中，中包液位会发生变化.水模型研究表 3块铸坯尾部). 明：中包液位变化过大会造成结晶器内钢水流动状 20 态改变司，而结晶器内流场和液面特征-1会对后 68 一拉速 -66 续铸坯质量产生很大的影响 1 12 一液面波动 64 以往对交接坯的研究通常将其作为一个点（静 .1 --…中间包钢水质量 62 60 态)来处理，即认为换钢包过程中铸坯的洁净度在 6 4 58 拉速方向上是一致的a:但实际的换包过程包含 56 54 着两炉钢水的混合、钢包的下渣、钢水的二次氧化以 52 及结晶器保护渣的卷入，是一个非稳态的过程，所以 832 240 244 248 20 浇转长度m 应该沿拉坯方向来评价交接坯的洁净度.此外，关 于大型夹杂物数量的检测以往多采用光学显微 图1：交换钢包时中间包钢水质量、拉速与结晶器的液面波动 镜团、大样电解法同、扫描电镜+能谱(SEM+EDS) Fig.1 Tundish melt weight,casting speed and meniscus fluctuation 逐个分析法圆、MIDAS回等方法，这些方法各有优缺 during ladle change process 点，具体的夹杂物检测方法及其优缺点可参见文献 00-11].本文以某钢厂生产的汽车板为载体，使 将所取的交接坯沿拉坯方向在侧边取宽度为 用一种在较大钢样截面上统计大型夹杂物的新方 100mm长条试样运回北京科技大学，如图2(a)所 法，详细分析了换包过程中铸坯的大型表层夹杂物 示.然后北京科技大学采用火焰切割方法，每隔 的特征（包括种类、形貌、数量与尺寸分布）在拉速 1000mm切割出100mm×70mm×25mm小块试样， 方向上的变化.此外，本文还对比分析了交接坯与 如图2(b)所示.其中一部分取出圆柱状试样（尺寸 正常浇铸铸坯的表层洁净度，为现场对交接坯的处 为5mm×20mm)做T.0和N]含量分析，另一部 理提供参考.本次试样分析的总面积为52422mm2. 分用来做夹杂物分析.对于正常坯（仅分析第5炉 正常坯的夹杂物)，取一拉坯方向长度为100mm横 1 实验过程 截面试样（见图3(a)),然后再对此横截面试样在 本工业实验浇铸的钢种为F钢，一共实验一个 宽度方向每隔1/8宽度长取一小试样(70mm×50 浇次共六炉，采用“KR铁水脱硫一→转炉脱磷→转炉 mm×25mm),所以对一块横截面试样一共取七块 脱碳→RH精炼→板坯连铸”工艺路线.实验的钢包 小试样.同时，为了分析正常坯的T.0和N]含量， 钢水容量是300t,中间包钢水容量为80t.连铸机为 分别在边部、宽度1/4与铸坯中心处的内弧面垂直第 7 期 邓小旋等: 交换钢包过程对 IF 钢连铸板坯表层洁净度的影响 限制． 铸坯的表层大型夹杂物主要来自于以下几个方 面: ( 1) 吹入结晶器的氩气泡吸附着夹杂物被凝固 的坯壳捕捉; ( 2) 夹杂物聚集在水口内壁形成簇群 状的大型夹杂物［1］( 如簇群状 Al2O3夹杂物) ，这些 夹杂物被吹入的氩气或者高速流动的钢水冲入到结 晶器钢水内部，在上浮过程中被凝固坯捕获; ( 3) 结 晶器表面钢水的剧烈波动与结晶器钢水的表面流速 过大导致液态或固态保护渣颗粒卷入到钢液之中被 凝固坯壳捕捉; ( 4) 浇铸开始或者更换钢包时钢水 直接与空气或氧化性强的钢渣接触而产生的大型夹 杂物． 文献［2］报道这些现象更易发生在所谓的 “非稳态浇铸”过程中． 在一个浇次中，非稳态浇铸 主要指的是浇铸开始、浇铸结束、拉速变动与交换钢 包等阶段． 本文主要讨论交换钢包时的情形． 为了达到连续铸造的目的，交换钢包( 换包) 是 不可避免的． 连铸过程上炉与下炉之间交换大包 时，中间包钢水液面会经历先降低后上升的过程，在 这个过程中，中包液位会发生变化． 水模型研究表 明: 中包液位变化过大会造成结晶器内钢水流动状 态改变［3］，而结晶器内流场和液面特征［4 － 5］会对后 续铸坯质量产生很大的影响． 以往对交接坯的研究通常将其作为一个点( 静 态) 来处理，即认为换钢包过程中铸坯的洁净度在 拉速方向上是一致的［2，6］; 但实际的换包过程包含 着两炉钢水的混合、钢包的下渣、钢水的二次氧化以 及结晶器保护渣的卷入，是一个非稳态的过程，所以 应该沿拉坯方向来评价交接坯的洁净度． 此外，关 于大型夹杂物数量的检测以往多采用光学显微 镜［7］、大样电解法［3］、扫描电镜 + 能谱( SEM + EDS) 逐个分析法［8］、MIDAS［9］等方法，这些方法各有优缺 点，具体的夹杂物检测方法及其优缺点可参见文献 ［10 － 11］． 本文以某钢厂生产的汽车板为载体，使 用一种在较大钢样截面上统计大型夹杂物的新方 法，详细分析了换包过程中铸坯的大型表层夹杂物 的特征( 包括种类、形貌、数量与尺寸分布) 在拉速 方向上的变化． 此外，本文还对比分析了交接坯与 正常浇铸铸坯的表层洁净度，为现场对交接坯的处 理提供参考． 本次试样分析的总面积为 52422 mm2 ． 1 实验过程 本工业实验浇铸的钢种为 IF 钢，一共实验一个 浇次共六炉，采用“KＲ 铁水脱硫→转炉脱磷→转炉 脱碳→ＲH 精炼→板坯连铸”工艺路线． 实验的钢包 钢水容量是 300 t，中间包钢水容量为 80 t． 连铸机为 直弧式两流连铸机，板坯规格为 900 ～ 1650 mm × 237 mm，取样的铸坯断面为 1200 mm × 237 mm． 取 样炉次中包钢水的化学成分为: ［% C］，0. 0016; ［% Si］，0. 0026; ［% Mn］，0. 11; ［% P］，0. 004; ［% S］，0. 007; ［% Al］s，0. 031; ［% Ti］，0. 07． 本次实验所取是沿拉速方向长为 19. 4 m 的交 接坯( 对应的铸坯浇铸长度为 232. 8 ～ 252. 2 m) ． 该 段铸坯是实验浇次的第 4 炉与第 5 炉交换大包时浇 铸的． 图 1 为该时间段中间包钢水质量、拉速和结 晶器液面波动情况． 图 1 中的浇铸长度根据拉速-- 时间曲线对时间变量取积分得到． 从图 1 中可以看 到，在此次大包交换过程中，拉 速 保 持 为 1. 5 m· min － 1不变，中间包钢水质量由 67 t ( 对应中包液位 1020 mm) 降低至最 低 59. 7 t ( 对 应 中 包 液 位 920 mm) ，然后又回升至 67 t． 中间包钢水质量从最低点 回升至正常吨位总共浇铸了约 6 m． 此外，作为对 比，本实验还在现场选取了拉速稳定在 1. 5 m·min － 1 条件下的第 4、5 炉正常浇铸的铸坯( 第 4、5 炉的第 3 块铸坯尾部) ． 图 1 交换钢包时中间包钢水质量、拉速与结晶器的液面波动 Fig． 1 Tundish melt weight，casting speed and meniscus fluctuation during ladle change process 将所取的交接坯沿拉坯方向在侧边取宽度为 100 mm 长条试样运回北京科技大学，如图 2( a) 所 示． 然后北京科技大学采用火焰切割方法，每隔 1000 mm 切割出 100 mm × 70 mm × 25 mm 小块试样， 如图 2( b) 所示． 其中一部分取出圆柱状试样( 尺寸 为 5 mm × 20 mm) 做 T． O 和［N］含量分析，另一部 分用来做夹杂物分析． 对于正常坯( 仅分析第 5 炉 正常坯的夹杂物) ，取一拉坯方向长度为 100 mm 横 截面试样( 见图 3 ( a) ) ，然后再对此横截面试样在 宽度方向每隔 1 /8 宽度长取一小试样( 70 mm × 50 mm × 25 mm) ，所以对一块横截面试样一共取七块 小试样． 同时，为了分析正常坯的 T． O 和［N］含量， 分别在边部、宽度 1 /4 与铸坯中心处的内弧面垂直 · 188 ·