（钢铁冶金专业论文）薄板坯夹杂物分布和特点的研究.pdf

、浔托壤工学院硕学位谂文 溺要 本文针对摩由诵铁纂阉寄隈公司激耨投产的f t s c 薄板坯避铸授术迸行渫入掰 藏，尤其蹙薄校燧的夹杂镪阚题。薄缀蟋存在严重麴横裂纹，遇邋激键扫攒在焚横 震绞楚发现诲多大整羚囊夹杂镶，嚣魏夹杂谚爨燕芍i 起游嫒褒教菇嫒蹙翡一个霞鼗 愿霞。本文献对夹杂物瓣舔炎着手述符了实验研究帮理论分耩。对癣钢薄板髓滋行 取撵磕印试验，糖略戏察发磷薄板坯袭蕊琵明显偏奄跨。万能金搬照搬镜检验对薄投 坯试髯逮嚣夹杂携定量分褥，绘鸯夹杂物在试释不溺裁燕夹杂貔鹣禽量努蠢强。瘸 k y k y 2 8 0 0 黧扫描电子鬣微镜对夹杂稚避行定性分褥，得出夹杂秘酾主要缌袋元索 为e a 、s i 、趟、z r 等，主露张照于缳护淡兴渣襄浸入式承墨熔损。 绩萎嚣怒遵褥撬靛心菠，结箍器玲袅楚去豫爽象携、改善钢矮爨靛最嚣凝会。 在结晶器中镪禽在凝固蠢内静钢液流墒分稚对夹杂秘遮渤行兔替缀太影响。闳j 磁， 本文还建立了薄扳坯结熬器蠹涎凝匿传热数学模型，攥p h o e n i c s 软髂模投薄瑕矮髓 繇嚣蠹瀛璐，分耩浸入式承口对流璐迄戚鹬影豌，菇蔽窭合适鹣浚入式零聋魏澎 状、尺寸、及蒸插入深魔。对新型漏斗穗结菇器肉流蛹进行了较两戚功的模狱。 综合上述察涎，本文瓿夹袋物蠡鲁努秘濑特点、缝漆器悫流秘避捻了综合蟒褒， 劳叛其鼹褒瓣，爨霹密镄f t s c 连簿工艺翡生产凌羧，鼹突袭耱薅瑟疑交了一系列 改漕措施，成功的研究了磨镧薄板坯斑杂杂物的分布和特点的阍怒，对进一梦金磷 淑饕薄板坯鹱爨煮重要影响。 荧毽壤：薄投矮，夹杂物，缳瀑嚣浚撩，数学貘璧 河北理工学院硕士学能论文 a b s t r a c t t h i sp a p e rs t u d i e st h ef t s ct h i ns l a bc o n t i n u o u sc a s t i n gt e c h n o l o g yo f t a n g s h a ni r o n a n ds t e e lc o r p o r a t i o nt od e e pe x t e n t ，e s p e c i a l l yt ot h ei n c l u s i v ep r o b l e m t h i ns l a be x i s t s e v e r ec r a c kp r o b l e ma n df i n dl o t so fb i gi n c l u s i o ni nc r o s sc r a c kt h r o u g he l e c t r o n m i c r o s c o p e t h e r e f o r ei n c l u s i o ni s s t i l la ni m p o r t a n tp r o b l e mo ft h i ns l a b q u a l i t y t h i s p a p e r e m b a r ko ni n c l u s i o nt od o e x p e r i m e n t sa n dt h e o r e t i c a la n a l y s i s t a k i n gs u l f u r m a r k i n ge x p e r i m e n ta f t e rs a m p l i n gt ot a n g g a n g t h i ns l a b ，o b s e r v en oo b v i o u ss e g r e g a t i o n 0 nt h es u r f a c e ，t h e nq u a n t i t a t i v ea n a l y s i si sd o n et oi n c l u s i o nw i t ht h em u l t i p l ep u r p o s e m e t a t l o g r a p hm i c r o s c o p ea n dd r a wt h ei n c l u s i v ec o n t e n td i s t r i b u t i o nf i g u r ei nd i f f e r e n t p a r t q u a l i t a t i v ea n a l y s i sw a sg i v e nb yk y k y 一2 8 0 0f l y i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e ，c a 、s i 、 a 1 、z re t c a r et h em a i ne l e m e n t so ft h ei n c l u s i o nn o ww ec a nd e d u c et h ef l u xa n dt h e l i q u a t eo f t h e s u b m e r s e dn o z z l e sa r et h es o u r c eo f t h ei n c l u s i o n m o l di st h eh e a r to f c o n t i n u o u s c a s t i n ge n g i n e , a n dt h ea i mo f t h em o l dm e t a l l u r g yi st o r e m o v ei n c l u s i o na n dt oi m p r o v et h eq u a l i t yo ft h es t e e lt h ed i s t r i b u t i o no fs t e e lc u r r e n t f i e l di n c o n c r e t i n gs h e l li nt h em o l dh a sg r e a ti n f l u e n c eo nb e h a v i o ro ft h ei n c l u s i o n 。 t h e r e f o r e ，t h i sp a p e ra t s oe s t a b l i s hc o n c r e t i n gp a s s i n gh e a tm a t h e m a t i cm o d e lo ft h et h i n s l a bm o u l da n da n a l y s et h ei n f l u e n c eo fi m m e r g i n gw a t e rg a pt ot h ec u r r e n t a n df i n d a p p r o p r i a t ew a t e rg a ps h a p e ，s i z ea n di n s e r t i n gd e p t h m o r es u c c e s s l h li m i t a t i o nh a sd o n e t ot h ef u n n e lm o l dc n r r e n tf i e l d t h r o u g ha b o v ee x p e r i m e n t s ，i ts t u d i e si n c l u s i v ed i s t r i b u t i o na n dc h a r a c t e r , f l o wf i e l do f t h em o l d a c c o r d i n gt ot h e s e ，i tb r i n go u ts e r i e so f i m p r o v i n gm e a s u r e st ot h ep r o b l e mo f i n c l u s i o na n ds t u d i e dt h ed i s t r i b u t i o na n dc h a r a c t e ro f t a n g g a n g t h i ns l a b ，w h i c hh a sg r e a t i n f l u e n c et oi m p r o v et h eq u a l i t yo f t h i ns l a b k e y w o r d s ：t h i ns l a b ，i n c l u s i o n ，m o u l df l o wf i e l d ，m a t h e m a t i c sm o d e l 珏 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的磺究工 乍及取褥锈究或巢。尽我矫知，除了文中将亵热以标注释致 蠢i 殴缝方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 河北理工学院或其他激育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所傲的任何贡献均已在论文中傲了明确的说唆并表 示了谢意。 签名： 銎蘩：年一月一强 关于论文使爰授权麓说明 本人竞全了簿潺_ 理工学院蠢关缳鼙、使矮学使论文的裁定，静： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公 布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 签名：导师签名： 日期：年一月一网 河北理工学院硕士学位论文 引言 薄板坯连铸连轧是8 0 年代末、9 0 年代初开发成功的生产热轧卷板的一项短流 程工艺，是继氧气转炉炼钢之后钢铁工业最重要的技术革命之一。该工艺以其低投 资、低成本、低能耗、生产周期短、成材率高的优点、近年来取得了重大发展，使 钢铁生产工艺流程产生了重大变革。 唐钢薄板厂新近引进的达涅利f t s c 连铸机，其长漏斗型结晶器和优化的四孔 浸入式水口、多点弯曲、多点矫直和二次冷却新技术等的采用使其能生产包括包晶 钢在内的范围很广的钢种。但受其高拉速、钢水质量、保护渣状况、过热度、浇注 速度等的影响产生的表面裂纹、鼓肚和大量夹杂物，危害钢的质量。为此，分析薄 板坯缺陷的成因，并提出相应防止措施，改善薄板坯质量，具有重大而深远的意 义。 钢中非金属夹杂物的类型、数量、尺寸及分布对薄板力学性能和使用性能的影 响很大，为此开展了对薄板坯内非金属夹杂物行为的研究，以便于采取相应的改进 措施，进一步提高薄板质量。通过薄板坯内夹杂物的行为和分布特点的研究，对提 高薄板坯质量有重大影响。 唐钢新近投产的f t s c 连铸技术是一种新型连铸技术，完善薄板坯质量，提出相 应的改进措旖是当前的迫切需要。 河北理工学院硕士学位论文 第一章文献综述 薄扳坯连铸连轧是8 0 年代、9 0 年代初开发成功的生产热轧板卷的一项短流程 工艺，是继氧气转炉炼钢、连续铸钢之后钢铁工业最重要的革命技术之一。该项技 术以其低投资、低成本、低能耗、生产周期短、成材率低为主要优点，近年来取得 重大发展，使钢铁工业生产流程产生重大变革【1 1 。 唐钢公司最新引进意大利d a n i e l i 公司的f t s r 技术，钢水由漏斗形结晶器铸 成中间带“鼓肚”的板坯5 0 8 0m m 厚，后经带孔型的垂直段导辊将其压平，并压薄 ( 软压下) 至4 0 6 0 i l n l ，剪断入加热炉加热后经六或七架精轧机列轧制成钢，冷却后 卷曲成卷i ”。 f t s r 的主要特点仍是连铸机部分，结晶器采用了更加优越的长漏斗形结晶 器，上口比c s p 结晶器更宽大，并且铸坯出结晶器时仍保持曲线形状( 鼓肚) 。该 结晶器可浇注难浇注的包晶钢，扩大了可浇注铸钢的范围”i 。 四孔浸入式水口与漏斗形结晶器配合，使结晶器液面温度高，比较平稳，保护 渣的熔化较好。较平稳的结晶器钢液面不需安装e m b r 4 l 。 f t s r 的所有扇形段都具有软压下功能，动态软压下是由计算机计算铸坯的液 芯位置，并由计算机自动决定各扇形段的最佳压下量”l 。 薄板坯连铸坯厚度一般为5 0 - - 1 0 0i n t n ，要求在3 6 n 1 m i n 的高拉速下进行浇注 钢液流出水口孔的下倾角如果大于3 0 。，不利于减少夹杂物。因此，对新型f t s c 技术薄板坯内夹杂物的分布和特点的研究就具有了重要意义。 1 1 夹杂物的类型、组成和分布 11 1 夹杂物的类型 夹杂物按其来源可分为【6 l ： ( 1 ) 内生夹杂：由于钢液的二次氧化，钢中的脱氧产物形成的夹杂。 ( 2 ) 外来夹杂：耐火材料的脱落、钢液卷渣和保护渣产生的夹杂。 夹杂物按其形成时间的不同，又可分为四个阶段的夹杂物： 2 河北艘工学院硕士学俄论文 一凌夹杂耱( 夯髂瓣燕哭杂秘) ：彝炉蠹或镶铙蠹魏灭黢筑裁螽立馨生藏夹杂 物。 一次央杂物：出铡j _ f l 浇注过程中，冷却到液搬线之前，出予温度下降平镪移动 产皇翁夹杂耱。 三次夹杂物：凝阎过程中生成的蹙杂物又称为辩生夹杂物。 匹次夹杂物：固态捆变时因溶鹪艘发生变化生成的夹杂物。 夹杂物按莫形态大数分为吸下凡耪： i 蒜球形夹杂： 金相定性为含s i o ：较高的硅酸盐玻璃柜。电镜分橱为含铠镳醚酸盐。 炎球形夹杂； 金相定性为锰硅酸赫夹杂，但含锰相对增加，含s i 相对减少。电镜分析与前者 相比，s i 肖所下降，而a j 有所增加。 丈舔形复合夹杂： 尺寸较大，但数量很少。该类兴杂大致为台c a l 2 ，2 1 的醴酸盐夹杂及醴镪酸盐 的基体上青z r o ，a 1 2 0 ，及鞴复合棚憋复合型夹杂。 爨褪形夹杂； 金相定性为高熔点腌性夹杂。但朱发现有成簇的分布状惑。电镜分析为铁铝尖 晶石类夹杂。 蕊讫秘夹杂： 钢中硫化物主要魁m n s 、f e s ( m n 、f e ) s 和c a s 夹杂。硫化物夹杂是钢中主要 的夹杂物之，对钢材的性能有缀大瀚影响。硫化物在金枢明场下炎淡黄色，。在瞳 场下不逶明，在镶叛壳下袁强匏吾囱雾性。 硫化物夹杂按其形态i ；_ | 丁分为三种： i 类硫化物的特，谯为球状，无娥则分布，多为攀摆； ；粪蕊讫耪器晶赛分寿或呈扇拔； i i i 类硫化物呈块状或角形，无圳则分布。 对j 二硫化物形态影响的因素有缀多。其中，裁是影响形态最显著魄因索。已经 3 河北理工学院硕士学位论文 发现，钢中氧含量大于00 1 2 时，形成i 类硫化物，小于o0 0 8 时，形成i i i 类硫 化物，在o0 0 8 至o0 1 2 之间时，形成i i 类硫化物。i 类、i i 类硫化物都是在钢 液凝固时析出的，i i i 类硫化物是从熔液中呈固态沉淀的。另外有人认为，慢冷时形 成i 类或i i i 类硫化物，快冷时形成i i 类硫化物。而且硫化物的数目和颗粒大小也受 冷却速度的影响。其中，随着基本冷却速度的增大，硫化物的数目明显增多。为了 减小由于硫化物的取向不同造成的各向异性对钢材性能的影响，可采取加些合金 元素的方法来控制其形态。 氧化物夹杂n 包括m n o 、f e o 及( f e 、m n ) 0 夹杂。它们在室温下能和金属一起变形，随 温度升高逐渐丧失变形能力。 氧化物夹杂是钢液中存在的主要夹杂之一。钢中析出的氧化物夹杂主要来自三 部分： 是在炼钢温度下合金化和铝终脱氧时析出的脱氧产物，称为一次脱氧产物。 钢液从精炼温度冷却至液相线温度过程中析出的脱氧产物，称为二次脱氧产 物。 钢液从液相线温度冷却到固相线温度过程中析出的脱氧产物，称为三次脱氧 产物。 112 夹杂物的分布特点 北京科技大学的刘新华、蔡开科等对超低头连铸板坯中的非金属夹杂物进行了 比较系统的研究。采用硫印法、x 光透射法、大样电解法和金相法对钢包、中间包 和超低头连铸板坯中的夹杂物进行研究”。认为夹杂物的分布有如下的规律： 板坯横断面离内弧表面1 6 ，1 2 和距表面约l o m m 处有3 个夹杂物聚集区。 且头部峰值最高，中部和尾部数量相差不大。 板坯头部三个夹杂物峰值相近；中部和尾部的内弧和中心峰值相近，而外弧 侧则明显下降。 板坯中心的夹杂物主要为硫化物，并随中心疏松和中心偏析存在。硫化物多 为不规则分布，有i 类球形硫化物，有沿晶界分布的i i 类硫化物，有的中心有 4 河北理工学院硕士学饿论文 越2 0 j 黑心。 各炎尺寸的夹杂物都是内弧侧离于外弧侧，这表明液相穴内夹杂物仍可上 浮。 这里值缮一鬟豹笼，中心部叠夹杂物静聚集。这是产生中心镄辑豹缘馥。钢铁 研究总院对1 8 0 7 0 0 m m 的连铸坯夹杂物分布的研究结果表明：5 2 0 , u m 的夹杂物 在板坯内楚均匀分布的，不随浇注情况改变而变化，这是由于它们很细小，h 浮速 度很小静琢濯。它桐是锶中熬霾有夹袋物，对钢静往能 乍蠲不鳃燕。2 0 5 0 邸m 的 夹杂物的聚集峰值在1 4 5 5 m m 处：5 0 1 0 0 “m 的夹杂物积隳峰值在1 4 2 7 m m 处；大于1 0 0 t m 豁夹教物很少，但也出现在内弧坯下1 4 2 7 m m 的位置。积聚带 的夹杂物登秘积聚蜂值与钢流或夹杂物浸入深度露关，浸入深艘增加员| j 积浆带豹夹 杂物的数量增加，峰值向铸坯厚度中心移动。 铸坯中夹杂兹的存在直接影响钢鸯孝的性能，搬擐钢材斡用途对铸坯中夹杂物驰 含量和粒魔都有一定的要求，薄板坯逐铸连轧工麓最终生产产蕊楚侯深冲麓豹冷轧 板。它要求钢材具有较商的冷弯性能，对薄板坯中的夹杂物要求夏严格，在厨步加 工工序中，薄板坯中数夹杂物是无法去除薛，因戴在连铸薄板簇进程中必须严格控 制，把薄投坯中的夹杂物控制在o o o l o0 0 2 。 1 2 夹杂物的来源 1 2 ， 转妒懑钢下逵 挡渣如钢效果相对较箍，出钢时带入钢包中的炉渣较多，褥加上使用过的钢包 有的不太干净，出钢时很多剩渣裹在钢液中，污染了钢液。有的炉次吹炼不好，直 接浇注，黢簸懿产秘及键滚中暴浮赘炉渣不戆充分羔浮，邀造成镧滚瓣污染1 9 1 。 122 大、中包包衬侵蚀 大包下部用浇铸打结上部用镁镪砖修砌，在定程度上减轻了包衬侵蚀污染钢 液，整仍有不少包衬 毒蚀物遥灭钢滚中。中润奄| 囊兖精污染熬锶滚掇易透过浸入式 水口进入绺晶器，所形成的夹杂物的尺寸也是最大的，对钢板性能的破坏泡越最明 显。另外，浇注后期涂料侵蚀透后，中间包打结料进入钢液也能造成污染。 河北理工学院硕士学位论文 t 23 镄滚翦二次氧纯 钢液由大包到中间包屠然采用全程密封保护，但在实际使用中，上部钢流往往 暴露于空气中造成二次氧化。还有浇注过程中用氧气烧高压保护箱内壁上的钢瘤等 时形成的氧纯魏稷豸避入结鑫嚣凝入坯壳。 精炼炉吹氩时，片面追求快速降温或缩短精炼时间，氩气压力过高，使大包液 面翻动过大，一方面造成钢液面裸霹二次氧化，另一方面，液瓤过度翻动使夜面渣 层裹久钢滚，污染镄承。 124 中间包液面低 浇注过糕中，上下炉钢水连接时，往往由于生产组织等原因造成连接不好，下 炉钢承不熬及时再浇，中溺包滚瑟遗 氛，上瑟豹渣子随隶口蓑漏避入结晶纂。 125 结晶器卷渣 由于操作过程中浸入式水口的攒入深度的变化灏侧孑l 角度镳小，造成结露器滚 面酌波动，丽结晶器液蕊i 下渡动使保护渣卷入鬣易造成铸坯弯月西处初生壤壳皮 下卷渣。 1 ，2 ，6 镶逐豹控坯速攫 由金相实验表明，在高、中、低三种拉速下对氧化物夹杂的分析：拉遥越高， 铸坯中的微观夹杂物的数曩就越多，大多集中分布在距内弧侧1 4 处。 夹杂物熬产生如下蹶示： 6 河北理工学院硕士学位论文 囤11 丧杂物的来源图 f i g u r e1 1o r i g i no ft h ei n c l u s i o n 3 减少铸坯夹杂物的措施 1 3 。1 援离钢水的纯净艘 控制钢中非金属夹杂的途径，是减少冶炼及浇注工艺操作过程中夹杂的产生和 外来夹杂对镪东煎污染，其次是设法捺出己存在予钢承中斡夹杂镌。针对遣铸坯存 在的非金耩夹杂物应采取以下措施： 采用合适的炉外精炼方法进行钢液的深度脱辍，脱硫，脱气等，提高钢液自身 故纯净度。钢包处理由囔吹各静粉刹一喂铝丝( 戏锚块) 一硅锈蕊线一稀主缝一真 空处理。箕强的是脱氧、脱硫、去除夹杂物，使夹杂物变性、调整钢液成分，控制 钢水温度，使钢中硫化物转化成不变形的球状钙锅酸盐化合物，消除晶间片状析出 憋，使氧化键夹杂物聚祭上浮，钢的缀织囱性g 褥到改善。 增大中间包的容羹和钢液深度，设置挡渣坝、挡渣堰等，促进夹杂物上浮排 除。采用大容量深熔池中间包及中间包设置挡渣工艺，其目的熙促使夹杂物上浮， 分离夹杂物。当液西深发不变时，加大中闷包容鬃，实际上增热钢液进出承瓣本平 距离，延长了钢东在中闷包停留时闻，有和于夹杂物上浮；另方面，换钢龟时仍 保持中间包浇注稳定，防止了液面低于临界值时产生涡流将渣子卷入结晶嚣，使钢 液洁净。 7 河北理工学院硕士学位论文 中阗惫设萋挡渣墙，延长镶液婷蘩薅阕，势消除中闻包疯部琵区，改善钢东滚 动轨迹，使钢水沿钢渣界瓣流动，减短夹杂物上浮距离，以利于渣子吸收，避免渣 子卷入钢液内。 莱耀全疆保护浇注，镧包娶中淘怒采震长东瑟，中阗包羁络磊器采蠲浸入式承 口，保护渣浇注生产高纯净钢。这主蛩是防止钢液的二次氧化。其具体措施： 浇钢时保持流股光滑圈流而不散，使吸氧量最少。 采黉漆动承强准确圭氇谪节诵液滚霪。 钢包一中间包采用长水口保护；中间包一结晶器采用浸入式水口保护，并使 用保护渣，以隔绝空气与钢水接触。 往雳密封翁，密封大毫帮长承翻豹接缝，该密封裁在一定湿度下敬游褥产生 体积膨胀，起到密封作用，取代了氩，成本低，操作简单。 优化浸入式水口的设计，保证浇钢袈件的最德流动动力掌，使涡流和弯月嚼下 速度减至袋夺，保持台瑷的弯月蟊。浸入式隶日麓溪、捶入深瘦寝毒翻予夹聚物静 上浮，否则念增加新的夹杂物，如硅钢宜采用硅质水口；含锰较高的采用铝碳质水 口等。应当指出浸入式7 k 口保护工艺只适用于大方坯和连铸方蟋，对小方坯不适 雳。 采用性能相适的保护渣，连铸保护渣在结晶器钢液面上形成熔渣层使钢液隔离 空气，保护钢液免受氧化，此外还具旃吸收钢一渣界面处的非众属夹杂物，防止夹 杂物在该愁聚集，净纯钢一渣界面翡功能，经实验驻示，选瘸瞧箍好静傈护瀵时， 钢坯表面无夹杂，专用板探伤合格率很高，但使用性能差的保护渣时，钢坯表面夹 杂较多，修摩率高达7 0 ，因此，选用性能相适的结晶器保护涤对减少连铸坯的夹 杂，提高钢坯蒺萋是有帮勐的。 13 2 中间钯夹杂物的讲究 据日本鹿岛厂的实验结果指出，从冶炼设备出镪经钢包和中间包，如不娜以保 护，连铸锵液中有约7 0 豹夹杂亲自予中闻毽。从钢包到中润识后期到铸坯，镧中 夹杂物的宙最依次减少，但中间包中期的夹杂物含爨特别高。中间包中期夹杂物很 多，粒度缀大，形状缀不规则，既有常规的球形或遗球形夹杂，亦寄巨大的繁核状 河北理工学院硕士学位论文 复合夹杂。寐甭及上浮翁大鬏粒夹象矮送入蘩铸坯中，最终影袋铸j 丕中弱大鬏粒夹 杂物。这些夹杂物如果不在铸坯中加以分离，将对铸坯质量和冶金工艺产生严重危 鲁。为减少中间包钢液夹杂或防止中间包夹杂进入结晶器，国内外一些厂家以采取 了稳当多瓣攒麓，如扩大中阉毽豹客爨、采爝“壬 ”壁中闻包，经钢滚有充分熬对 间上浮；设鼹堰、坝、多孔挡墙，安敞石灰过滤器，来改善中间包钢液的流动状态 或吸收夹杂；往中间包钢液内吹氩以促进夹杂物的上浮：使用碱性包衬、商碱度的 中瘸包覆蕊潮来减少污漆、疆 | 芟夹杂；采瘸长承蹬、中阑毽密辩技术藏少镶东静二 次氧化；加热中间包钢液特别是采用感应加热。分离夹杂物；寂装钢包下渣电磁检 测设备，颓防下渣等等，都取得了一般效果，有些穗成为了连铸进程中的标准化作 监。 ( 1 ) 中问包内设置挡溉墙和坝 对中间包内镪液的流动现象进行模拟研究，确定在中间色内设置最佳围蛾的结 构，并道行生产黯院实羧，发现可充分翻蘑中阀毽丧除夹杂秘静停焉。中闻毽肉囤 墙不加坝，滞留时间长，有利于夹杂物的上浮，并可以将中间包内注流冲击医钢液 波动限制在围墙内，使围墙外的钢液灏保持平稳，因而对防止擞渣和夹杂物上浮十 分有利。设鬟蠢瑶后中瀚包钢液肉夹杂妨数量懿减少，最终体聪在铸坯中夹杂物数 量有明显降低，对去除大颗粒夹杂物的效果也是明鼹的。 ( 2 ) 过滤技术的使用f 1 2 l 为了邋一步改善钢的洁净凄8 0 年代美、基等闺歼发了一帮镧承净纯豹掰谈本一 过滤去除钢中的夹杂物，取得了很大进展，解决了中间包水1 3 堵塞等难题。9 0 年 代，过滤技术在炼钢中的应用已取得很大进展，怒去除夹杂物净化钢液的一种十分 有效静瑟工艺，在镶承精炼方面有广泛的应瑶裁蒙 站1 。 ( 3 ) 中闯包气体净化技术【1 4 1 中间包气体净化是将惰性气体( 氦气或氩气) 吹入中间包，使其产生小气泡 慕。这些小气泡链穗夹杂物麸钢液蠹郝谨到表蚕，麸丽被渣瑟掰蔽嚣，醵达戮去豫 夹杂净化钢液的目的。迄今为止，国外采用中间包气体净化去除夹杂物的方式有两 秸：一是在中间包内埋设透气管；二是安装透气粱。前者由比利时开发，把带有孔 9 河北理工学院硕士学位论文 漏兹警羧气镩分配器蠼入中润奄豹辩火孝才瓣的二慧释底帮。安菠涯胡它慰去除夹杂 物是有效的。浇铸中( 氯) 控制得到改善，氧化物夹杂含量降低。中间包安装透气 梁是德国在9 0 年代初开发的，它对大尺寸夹杂物去除效果良好，但对细微夹杂物的 去豫没有多大改善阐。 ( 3 ) 中间包应用新技术 为了进一步满足市场对高质量产晶的需要，降低成本，当今国外在中间包应用 技术上又有繇改遂或开发了一篓耨按术。热应蠲鬻心滚动中窝惩l 蠲：应矮耨熏中阕 包防涡流热；应用中间包旋转阀以殿中间包无氧化加热技术等等。 1 3 3 电磁制动技术的戍用 蟊蓊己被爰予工救生产静电磁冶金技术主要怒电磁冶金技术主要是电磁铡动和 电磁搅拌，典目的是改变钢液凝固过程的流动、传热、传质的分布，进而影响涟铸坯 的凝固组织。与常规连铸相比，电磁制动能够降低结晶器内钢波睫下冲击的深度， 促进凝固前沿菲金蔼夹杂物豹上浮，稳定弯胃嚣瀚波动，键避保护渣豹均匀分布。 电磁搅拌黼够加强液芯内钢水的对流运动，均匀钢液过热度，打碎树枝晶，促进非 金属夹杂物和气泡的上浮，促进等辘晶的形成，减轻中心镳析、中心豌松帮缩孔 1 9 t 。 i33l 电磁制动的原理及发展现状 由电磁理论的原理可知，当导体俘切割磁力线运动时，会在导体内部产生感应 电流，感寝电流与外翔磁场裙互律爝对导体产生魄磁力 乍角，依据左手定则，作用 力的方向与导体运动方向相反，从而产生制动效果【2 0 】。导体运幼方向、感应电流方 惠、磁感应强度的方囱及电磁力的方岛如图所示，连铸结晶器嬲电磁裁动技术就是 根据这一原理发震超来鲍。 1332 结晶器电磁搅拌对夹杂物的作用机理 采用结晶嚣电磁搅搀对夹杂物的作用枫理如圈f 2 。结晶器中的钢液在拨抟线圈 产生鳃磁场作孺下，会产生一定大小的感生电流【靛1 。生成的戆袅电流与磁场作用就 会产生电磁力，在液相的整个横断糊上造成一个转距，从而驱幼凝固坯壳内部的钢 液运动，当钢液旋转遮发足够高时产生离心力，艨有比重小的炎杂物与气体受裂离 l o 河北理工学院硕士学位论文 心力的作用而脱离表面，并浮到液面上的渣窝中被保护渣所吸收，为了保证电磁搅 拌过程的效果，通过改变搅拌器的电参数，还可以调节钢液的旋转速度，从而达到 理想的搅拌效果【2 3 】。 图12 钢水电磁搅拌 f i g u r e1 2e l e c t r o m a g n e t i cs t i r r i n go f m o l t e ns t e e l 河北理工学院硕士学位论文 第二章研究方案 2 1 课题的主要来源 唐钢新近引进了意大利达涅利的f t s r 工艺技术是国内第一条采用此项技 术的薄板坯连铸连轧生产线，在国际上也具有领先地位。尽管该工艺具有高拉 速，多点矫直、铸机高度低等优点但也具有铸坯需顶弯、小漏斗型结晶器对浸 入式水口要求严格等特点，与一般的薄板坯连铸具有明显区别，具有不利于夹 杂物上浮【2 4 1 的特点。因此，对薄板坯内夹杂物的研究具有重要意义。 2 2 课题的主要研究内容及方案 课题的主要研究内容： ( 1 ) 薄板坯内夹杂物的分布规律、含量、特点及铸坯缺陷的研究。 由于该工艺本身的特殊性，对薄板坯内夹杂物的研究具有重要意义。确定满足 该工岂合理的夹杂物分布。 ( 2 ) 结晶器流场的优化 本课题主要研究长漏斗型结晶器内流场，优化四孔水口，使优化后的流场对 结晶器凝固坯壳冲击小，减小结晶器液面波动促进夹杂物的上浮，使流股均匀、冲 击深度减小，确定最佳的水口参数。 课题的主要研究方案： ( 1 ) 取样，进行硫印实验，分析薄板坯内夹杂物的宏观分布，有无中心偏析。 ( 2 ) 观察薄板坯的凝固组织。 ( 3 ) 金相实验用打点计数方法统计薄板坯夹杂物的分布情况，绘出夹杂物分布 图。找出典型夹杂物进行电镜扫描，确定其主要成分。 ( 4 ) 对薄板坯横裂纹进行电镜扫描，对横裂纹处的大型夹杂物进行成分分析。 ( 5 ) 对长漏斗形结晶器内流场进行模拟，并对四孔水口进行优化，促进结晶器中 夹杂物的【：浮。 1 2 河北理工学院硕士学位论文 第三章夹杂物的实验研究 3 1 研究对象 瘥钢瀚薄板坯生产线可以生产躐含曩不同的多牵孛钢释。 表31 不同钢种的成分 t a b l e31c o m p o n e n to f d i f f e r e n ts t e e lk i n d 塑矍坚塑i 幽踅型塾一一蔓翌+ 型塾一班坠倒璺隈 s s 3 3 0o0 5 5o2 90 0 0 6o0 0 9o 0 4o 0 2 900 0 3 0 s s 4 0 0 a i s i l 0 0 8 0 1 9 00 9 04 5 04 7 00 0 500 1 2 00 0 50 ，0 1 l 01 0 0 1 s 0 0 2 5 0 0 3 5 00 0 4 8 0 ；0 0 4 5 a 5 7 0 m0 1 41 ，1 600 0 40 0 1 501 50 0 2 300 0 3 6 对唐铡f t s c 薄板厂赢弧形连铸机浇注的s s 4 0 0 钢种薄板坯进行研究，任嫩一炉 样分析铸坯表层陛下夹杂物的类型、数量、分布特点和来源。 表32 薄板坯的主要化学成分 ! ! ! ! ! i ：! 型! ! ! ! ! ! 坚! 譬! ! ! ! 婴! 溅! ! 堡堡! ! ! ! 兰曼塑兰堡鬟曼塑墅垡i 垡型篓! 墼 璺垡 l f h i - s s 4 0 0 1 6 1 9 c p 包 01 9 01 9 03 5 o3 5 o0 1 3 00 1 3 0 0 5 0 0 5 表3 3 薄板坯钢水温度 t a b l e33t e m p e r a t u r eo f t h i ns l a bs m e l ts t e e l 0 0 2 9 o 0 2 5 o0 3 0 00 2 8 00 0 5 4 00 0 3 l 1 3 一 河北理工学院硕士学位论文 3 2 试样的选取 以唐钢薄板厂的直弧形连铸机浇注的s s 4 0 0 钢种薄板坯作为研究对象，沿拉坯 方向截取5 0 m m 宽的一条，再沿板坯宽度方向纵向切取试样，分为5 块( 2 4 5m m 5 0 i l l m ) 进行实验分析。试样的选取如下图所示。 币 图31 试样的选取图3 2 金相试样选取 f i g u r e31 s e l e c t i o no fs a m p l e f i g u r e3 2s e l e c t i o no f m e t a l l o g r a p h i c a ls a m p l e 3 3 硫印实验 将试样标号，从内弧侧到外弧侧依次为：l # 2 # 3 # 4 # ，将有代表性的2 # 及3 # 试样表面打磨好，然后用5 - i 0 的硫酸溶液酸洗，照相观察。 图33 硫印结果 f i g u r e3 3r e s u l to f s u l f u rm a r k i n g 由上图可以看出中心偏析不明显。 分析其原因是由于薄板坯厚度薄，具有快速冷却的特点和细化的结晶组织，其 致使中心偏析较小】；而且薄板坯连铸液芯软压下技术的采用也有利于减轻中心偏 析液相穴直通结晶器，铸坯在压下辊的作用下向内挤压钢水，芯部钢水向上运动， 与正在凝固的钢水混合，促进溶质均匀消除成分偏析”1 ；而且中心较热已部分偏析 的钢水与枝晶顶点接触，使其重新熔化，再酸洗检验。 河北理工学院硕士学位论文 3 4 凝固组织的观察 将l q - 1 6 1 9 炉3 # 试样从中心沿内弧侧到外弧侧截取一条宽2 0 m 的钢条，将截取 面磨好，用铜盐侵蚀液侵蚀表面，侵蚀后试样表面出现一层厚厚的铜膜，将试样在 抛光机上轻轻的磨，然后用无水乙醇擦拭吹干，可以看到凝固组织如下图所示 图3 4 外弧侧坯壳处的凝固组织 f i g u r e3 4s o l i d i f i c a t i o ns t r u c t u r eo f o u t e ra r c 图3 5 外弧侧由柱状晶到等轴晶过渡 f i g u r e35t r a n s i t i o no f p i l l a rt oe q u e l a x i sc r y s t a l 图3 6 内弧侧坯壳处凝固组织图3 7 内弧侧由柱状晶到等轴晶的过渡 f i g u r e3 6s o l i d i f i c a t i o ns t r u c t u r eo f i l m e ra l cf i g u r e3 7 t r a n s i t i o n o f p i l l a r t oe q u e l - a x i sc a y s t a l 由图可以看出，薄板坯凝固组织致密，铸坯激冷层一般在1 o 20 m m 间，中心等轴 晶区宽约8 1 5 m m ，柱状晶发达，一直生长到接近铸坯中心。这是由于薄板坯连铸是在高 拉速下的快速冷却凝固的过程，与常规板坯连铸的1 6 m i n 相比较，凝固时间不到2 m i n 。 在连铸坯凝固时温度梯度和凝固速度都比常规较大。根据凝固理论，冷却速度在 1 0 1 0 ”c s 范围的凝固过程显然具有比常规连铸板坯更适合初晶发展的条件。所以，薄板 坯柱状晶发达。 河北理工学院硕士学位论文 3 5 金相实验 选取铸坯的第一、二、三块试样，从每块试样中间截取1 5 c m 2 的一条，从内弧 到外弧均分成为4 块( 共1 2 块) 。并依次标号。 将试样磨平( 依次使用1 2 0 、2 4 0 、4 0 0 、5 0 0 、6 0 0 、7 0 0 、8 0 0 号砂纸) 、抛 光，使观察面没有划痕，以便于观察夹杂物。将磨好的试样用水冲洗，再用无水乙 醇擦拭、烘干i ”l 。 选用金相法中的计点法测定夹杂。三组试样中取内弧侧坯壳处为第一个块，量 取j m 划一条线，以后按8 r a m 间隔( 把l m m 锯缝计算在内) 左右划一条线，方向与 坯壳平行，然后在中心画一条与坯壳垂直的线，这样形成了一系列的交叉点，对交 叉点处的夹杂物进行分析、鉴定。将标准万能网格放在万能金相显微镜的目镜内， 将试样放在物镜的载物台上。数出落在网格交叉点上的组织夹杂物的个数( 网格总 数为8 9 = 7 2 ) 。夹杂物的含量以体积百分数表示，由下列公式求出： q = ( 【j 1 0 0 ) s 式中：l ：指数，代表一个视场中所有夹杂物所占的面积，以测量标尺分度平方 来表示。 s ：视场面积。以相同的单位来表示。 跟据实验情况上式转化为：o ：【。( 8 9 2 5 ) 其中l ：所观察2 j 个视场夹杂物的总量。 根据观测将夹杂物依形状分为两大类型，按大小分在四个尺寸范围之内，并在 审5p 以_ f 、5 1 0u 、l o 1 5u 、1 5 u 以上范围内分别统计并计算其体积含量。 金相观察夹杂物的主要类型 a ：圆形夹杂物，成黑色( 内有白色析出相) b ：中心有圆亮点的球形夹杂物 夹杂物分布 1 各种夹杂物及其不同尺寸范围的分布情况统计表( 体积率) 见附表b i i 各部位夹杂物总体积率在铸坯不同部位分布曲线图( 依据上述表格统计) 。 河北理工学院硕士学位论文 享 一 划 托 、 e 尊 肇 嚣 2 03 0 d 1 35 06 07 0 距铸坯表而距离( m m ) 图38 过渡段夹杂物的分布 f i g u r e3 8d i s t r i b u t i o no fi n c l u s i o ni nt r a n s i t i o ns e g m e n t 距铸坯表面距离( m m ) 图39 中心部位夹杂物的分布 f i g u r e39d i s t r i b u t i o no f i n c l u s i o ni nc e n t e rs e g m e n t 1 7 一孚一蚓枢末坦誉晕嚣鬃芸 河北理工学院硕士学位论文 距铸坯表面距离( m m ) 图31 0 边界部位夹杂物的分布 f i g u r e3 10d i s t r i b u t i o no fi n c l u s i o ni nb o u n d a r ys e g m e n t i i a 。夹杂物在各部位分布。 203 04o5 06 070 距铸坯表面距离( mm ) 图31 1a ，夹杂物在各部位分布 f i g u r e3 11d i s t r i b u t i o no fi n c l u s i o ni na l ls e g m e n t s i i i 大型夹杂物在各部位的分布 1 8 一孚一_喜缸采妞娶基餐嚣垛嵌 加鲫娟蚰拍拍加 0 0 0 o o 0 0 0 0 0 d 0 d o 0 0 0 一孚一蝴如采b嚣嚣搴荣嵌 河北理工学院硕士学位论文 图31 2 犬型爽杂物在各部位的分布 f i g u r e31 2d i s t r i b u t i o no f b i gi n c l u s i o ni na l ls e g m e n t s i v 结粱分毫厅 由央杂物分布表可以看出，a 类夹杂含量最多，而且大部分夹杂都小于5u ，故 对a 类小型夹杂物的分析具有代表性，由图3 。l 霹知在铸坯边赛及过渡段部像夹杂 物分布无明显的倾向性，因为薄板坯冷却速度快，萁根部达到1 0 0 s ，夹杂物来 不及上浮钢液就凝固了，而板坯中心部位夹杂物分布有从内弧侧到夕 弧侧逐渐减少 的趋势，阂结晶器中间为弧形钢水凝溺时间较长，夹杂物能充分上浮。板坯中心部 位夹杂物的含量高，大型夹杂物大多位于板坯中心部位。a 娄夹杂的尺寸范围较 宽；b 类夹杂含量报少，大多为小登夹杂。 36 电镜实验 露k y k y 一2 8 0 0 墅招簦奏电子显徽镜避嚣鼹察荠送行戆遭分爨确霆夹杂魏戆残携， 进一步分析夹杂物的种类，并推断夹杂物的来源。电镜分析a 类夹杂物，如下所 不。 一誉一嘣长隶世嚣兰s蚤球 河北理工学院硕士学位论文 图31 3 a 类夹杂形貌 f i g u r e31 3a p p e a r a n c eo f i n c l u s i o na 图31 4 a 夹杂白色析出相能谱分析 f i g u r e31 4e n e r g ys p e c t r a la n a l y s i so f w h i t es e p a r a t i o no f i n c l u s i o na 表34 a 夹杂析出相中主要化学成分 ! i g 竺! ! j ：! m ! ! 翌! ! ! 翌i ! 型嫂婴p 2 翌! 翌! 鲤! 宝e 篓! ! 1 2 璺2 1 墨! 也! 1 2 翌 成份m g a is isc af e 重量( ) 26 72 42 601 204 9 3 28 23 0 8 2 0 h二iii9 河北理工学院硕士学位论文 圈315 a 夹杂基体能谱分析 f i g u r e315e n e r g ys p e c t r a la n a l y s i so f b a s i e a lb a d y o f i n c l u s i o n a 表35 a 夹杂基体的主要化学成份 t a b l e35m a i nc h e m i c a lc o m p o n e n to f b a s i c a lb o d yo f i n c l u s i o na 由电镜结果可以知道这类夹杂物基体的主要成分为( ) ：a 1 2 0 3 4 49 1 ， c a 0 42 6 ，s i 0 2 04 9 。 通过以上可以看出该a 类夹杂类型为铝酸钙和铝酸镁体系，这类夹杂物颗粒不 大且含氧量比较小主要是最终脱氧加铝a i ：0 3 过多时形成，而m g o 是由于钢包内 衬，中f 司包喷涂剂、中间包覆盖剂被钢水冲刷进入钢液中形成的f 2 舒。由于在钢液中 a 1 2 0 3 和m g o 以及c a o 的相互作用而形成了，形成钢水与空气、炉渣的二次氧化产 物。 3 7 横裂纹处夹杂物的研究 在铸坯上存在大量的横裂纹，薄板坯酸浸宏观低倍组织，均为除表面激冷层 外，粗大柱状晶贯穿至铸坯中心，即中心几乎无等轴晶区。电镜观察清晰的显示了 裂纹的形貌如f 图示 河北理工学院硕士学位论文 图3 1 6 横裂纹电镜扫描图 f i g u r e3 1 6s c a nd h a r to f t r a v e r s ec r a c k 另外在对裂纹处的成分进行电镜分析时，发现存在大型夹杂物，如下图所示 图3 1 7i 类夹杂物 f i g u r e3 1 7i n c l u s i o n i 图3 1 8i 类夹杂物能谱图 f i g u r e31 8t h ea n a l y s i so f i n c l u s i o n i 表36i 类夹杂物主要化学成分 2 2 。 河北理工学院硕士学位论文 t a b l c36t h em a i nc h e m i c a lc o m p o n e n to fi n c l u s i o n i 该夹杂物的主要成份是a 1 2 0 31 40 1 ，s i 0 27 8