薄板坯非金屬夾雜物的類型和來源分析

郭海峰，張志克，張瑞忠

（1.河鋼集團邯鋼公司連鑄連軋廠，河北 邯鄲 056015；2.河鋼集團鋼研總院，河北 石家莊 050023 ）

連鑄對鋼水成分的要求包括成分的穩定性、可澆性、抗裂紋敏感性和純凈度。純凈度是指鋼中非金屬夾雜物的數量、大小、形態和分布。隨著連鑄技術水平的發展，純凈度得到了很大提高。非金屬夾雜物呈細小化的趨勢，這些細小的夾雜物對鋼的性能的破壞作用，不僅可以降低甚至消除，還可以有效地細化晶粒。為了對非金屬夾雜物的類型和來源有一個全面的認識，需要對非金屬夾雜物進一步研究，從而能更好地利用非金屬夾雜物。

1 夾雜物類型

非金屬夾雜物可分為硫化物、氧化鋁系、硅酸鹽系和鋁酸鹽系等。連鑄機的類型對夾雜物的分布有重要影響：水平連鑄機的夾雜物上浮困難；弧形連鑄機的夾雜物一般聚集在內弧的1/4 處；立彎式連鑄機夾雜物分布均勻且容易上浮去除。

本文主要分析河鋼集團邯鋼公司（以下簡稱邯鋼）CSP 立彎式連鑄機鑄坯中夾雜物的類型和來源。

CSP 的鋼水主要來自邯鋼三煉鋼廠，冶煉流程是頂底復吹轉爐—LF 精煉—CSP。轉爐采用的是擋渣出鋼，精煉是鋁脫氧和鈣處理工藝。CSP 鋼包帶有下渣檢測，中包采用的是擋渣墻和擋渣壩的結構，滿包容量是32 t。鋼水從鋼包到結晶器全程采用保護澆鑄，這些可以減少很大一部分夾雜物。但是鋼水凝固過程中再析出是無法避免的，鑄坯總是含有一定數量的夾雜物。

通過邯鋼技術中心，從CSP 經常澆鑄的鋼種隨機選取了1 爐SPHCZ、1 爐QStE420TM、1 爐SS400和1 爐D44 共8 塊鑄坯樣。對其鑄坯中夾雜物進行電鏡掃描實驗。根據其實驗可分析出：夾雜物的類型多是直徑在50 μm 以上的大型夾雜物，80～300 μm的占90%以上；有的是不規則多面體和塊狀，表面凹凸不平；也有的是球狀和小塊狀，表面多有小孔，如圖1 所示。

圖1 部分夾雜物形貌

再將這些夾雜物制作成試樣。利用電鏡對其形貌和成分進行分析，得到夾雜物具體形貌和能譜分析，如圖2 所示。

圖2 夾雜物形貌和能譜分析圖

2 夾雜物來源分析

根據現場實際生產情況，結合理論知識，對夾雜物主要來源分析如下：

1） 圖2-1 所示為CaO-MgO-Al2O3三元系夾雜物，含量在60%以上，直徑大于50 μm，可以判定夾雜物是脫氧產物和精煉渣復合作用產物，或者是鋼水與空氣二次氧化的產物。

2）圖2-2 所示為點狀Al2O3夾雜，出鋼時用鋁脫氧生成的脫氧產物，沒有完全排除而留在鋼中。也有可能是鋼水中溶解的[Al]與水口內表面的SiO2發生還原反應生成的Al2O3附著于水口壁上。此類夾雜容易通過碰撞聚集形成固態串簇狀，在連鑄過程中極易造成水口結瘤。有時候塞棒一直上漲，或者結晶器液面波動大，有很大可能就是此類夾雜大量聚集在SEN 水口內測造成的。

3）圖2-3 所示為硅鋁脫氧的產物，多是脫氧不徹底的產物。

4）圖2-4 所示為CaO-MgO 夾雜：形狀特殊、尺寸較大、成分和耐火材料相近，且中間包是鎂質涂層，可以判定為耐火材料的侵蝕物。

5）夾雜物中還含有一定量的鉀、鈉等保護渣成分元素，可以判定為保護渣卷入鋼水。應該引起注意，在中包液面穩定性和撈渣操作上需要進一步改進。

6）此外還含有少量的A 類硫化物夾雜。

3 結論

根據實驗分析結果可知，非金屬夾雜物來源一般是外來夾雜和內生夾雜。內生夾雜多是合金元素參與氧化還原反應生成的產物，也是夾雜的主要來源，占到80%左右。此類夾雜分布比較均勻，粒度較小。外來夾雜物多不規則，粒度較大。

鋼中非金屬夾雜物的含量雖然很低，但對質量的影響卻不可忽視。通過對非金屬夾雜物的特征進行分析和研究、對非金屬夾雜物的含量以及性能進行鑒定、對其級別進行分析，可以改善煉鋼和連鑄的工藝操作，才能更好的利用非金屬夾雜物。