非金属夹杂物对连铸坯质量的影响

李 玲

（贝斯山钢（山东）钢板有限公司，山东 济南250101）

1 前言

随着国内基础设施建设的发展，中厚板在各行各业的需求越来越大，尤其工程机械、矿山机械等行业对中厚板质量提出了更高的要求。而影响中厚板质量、性能的重要因素之一就是钢中的非金属夹杂物，因为钢中非金属夹杂物的来源广、结构复杂、很难控制，并且对钢材的危害性大。因此对中厚板连铸坯中非金属夹杂物的影响因素进行分析，从而提出控制中厚板连铸坯中非金属夹杂物的措施意义重大。

钢中非金属夹杂物的存在是影响钢制品性能的重要因素，有时甚至是决定性因素。夹杂物对钢力学性能和工艺性能的影响，主要是降低材料的塑性、韧性、疲劳性能和耐腐蚀性能，尤其当夹杂物以不利的形状及分布特征存在时，对材料的机械性能影响更为严重。

2 铸坯内非金属夹杂

2.1 铸坯内非金属夹杂的成因

钢坯中夹杂物的产生是多种多样的，通常认为其主要因素有二次氧化产物、中间包渣的进入、脱氧中的产物、结晶渣、钢（中间）包耐材的熔化等，其影响程度与所使用的耐磨材料、机器的类型和操作手法不同而有所不同。

氧化夹杂的形成原因：当钢液凝固时，在温度降低和显微偏析的作用下，钢中的O、S等元素与钢中Si、Mn等元素，在生长的树枝晶空间产生反应，形成氧化物、硅酸盐、硫化物等杂质，残留在凝固的铸坯内形成微观夹杂。

2.2 非金属夹杂对铸坯和成品质量的影响

研究分析，非金属夹杂物的存在对铸坯、成品中厚板成品质量影响较大，主要危害有：使铸坯易产生表面裂纹（表面纵裂、角部横裂）、夹渣等缺陷，使成品钢板的质量、性能（塑性、韧性、疲劳性能）降低。

非金属夹杂物对产品质量的影响主要由两方面因素决定：一是轧材的规格、使用性能的要求以及轧制力的大小；二是夹杂物在连铸坯中的尺寸。宏观夹杂物对成品的危害很大，而微观夹杂对其质量的影响就比较小。由于钢材形状的不同，夹杂物对其性能影响也不同，对条钢、棒材和线材影响较小，而对板材来说，要有严格的夹杂物要求。实践发现用于深冲用的低碳镇静钢，当氧化夹杂物超过50μm时钢板就会产生分层。

2.3 铸坯内部夹杂的影响因素

铸坯内部非金属夹杂的影响因素可从机型、脱氧方式、二次氧化、耐火材料、中间包覆盖剂、保护渣、浸入式水口和液面结壳方面进行分析。降低进入结晶器内的夹杂物含量是控制铸坯夹杂物的关键措施。

（1）机型。发现对于弯曲型铸机而言，大型夹杂物的聚集位置一般在铸坯内弧侧厚度的1/4至1/5的地方。立弯式和立式铸机没有出现大型夹杂物的聚集，只在铸坯厚度的中心部分发现有夹杂物聚集的现象。微观夹杂物主要为悬浮在钢中的脱氧产物，在钢中是均匀分布的，未发现聚集问题。

（2）脱氧方式。选用何种脱氧方式决定了钢中一次脱氧产物的数量和种类，只有减少脱氧产物的生成和促进脱氧产物的分离，才能有效降低浇注时所产生的危害。另外，适当加入脱氧剂也可以助力脱氧产物的分离；此外通过真空脱气、充氩等惰性气体搅拌和钙处理等方式都是行之有效的方法。

（3）二次氧化。对清洁钢的生产要注意浇注过程中的无氧化浇注，采用合理的保护浇注方法，例如开浇前中间包吹氩，用来驱赶中间包内的空气。

（4）耐火材料。与钢水接触的中间包包衬、塞棒、浸入式水口等都会产生化学侵蚀或机械冲刷，而为此脱落的耐火材料会悬浮于钢水里，而且越贴近结晶器就越不容易排除，成为大型夹杂物。所以应选用耐火度较高的材料，也可根据钢种特点，使用难于被钢水和渣子溶损的中性或碱性耐材。

（5）中间包覆盖剂。中间包覆盖剂的作用很明显，就是吸附上浮夹杂物，选择中性或者碱性渣应根据生产实际情况来确定。

（6）保护渣。由于浸入式水口的偏流和液面波动大等因素，导致保护渣被卷入钢水，不能上浮，在铸坯中形成夹杂。选用具有良好的吸收、溶解夹杂物能力的保护渣，采用提高液渣黏度，提高渣钢界面张力，提高钢水过热度，减少振痕深度，都能减少液渣粘附在弯月面上。

（7）浸入式水口。浸入式水口的形状决定了相穴内的流动状态，也决定了坯子宽度方向夹杂物的分布。如果使用倒V型水口，其宽面中心和两侧钢液的运动强度与1/4处的流动是不同的，从而易造成夹杂物的聚集。总的来说，由于注流引起的非对称性流动，夹杂物在铸坯宽度方向的分布是不对称的。当钢水的浸入深度大时，内弧夹杂物的聚集就越严重，那么可以根据注流浸入的深度，采用立弯式铸机，利于夹杂物的充分上浮。

（8）液面结壳。液面结壳是在结晶器液面的保护渣下不是液态的钢水，而是结成固体的外壳，它在钢水的表面之上，保护渣之下。液面结壳影响保护渣对夹杂物的吸收，易形成粗大的夹渣。

3 非金属夹杂物的控制措施

3.1 优化转炉工艺

在转炉冶炼时，提高冶炼终点的命中率，使钢水成分、温度均符合出钢的要求。转炉出钢时必须要进行挡渣，以防止氧化渣进入钢包对钢水产生二次污染。合金加入时要确保其洁净，不带入新的杂质。另外，转炉冶炼过程中要尽量降低终点氧溶，这是产生夹杂物的源头。

3.2 精炼过程控制

在RH精炼过程中，要对钢水洁净度进行重点控制，不仅要让已生成的夹杂物充分上浮分离，而且要避免新生非金属夹杂物的生成。钢水在精炼时必须控制好钢中ALS（酸溶铝）、CaS含量。

3.3 采用保护浇铸

在钢水浇铸的过程中，要避免钢水的二次氧化污染。二次氧化产生的夹杂物组成复杂、尺寸大、形状不规则，且在钢中呈偶然性分布。这些夹杂物在浇铸过程中有的上浮、有的存留在钢中，形成大颗粒夹杂物，对产品质量带来极大的危害，是影响钢板表面质量及裂纹的主要原因。

连铸应采取无氧化浇注，稳定中包液位，特别是连浇时，要避免低的中包液位。中包钢水液位低易产生涡流造成中包渣被卷入结晶器，形成连铸坯的皮下夹杂。防止这些夹杂的主要措施有：大包保护采用长水口、热熔性密封垫吹氩环密封及保护渣等措施，中间包到结晶器采用内装浸入式水口加保护渣，大包和中间包加包盖。

3.4 选择质量较好的耐火材料

铸坯中大型非金属夹杂的主要来源是钢包包衬、中间包包衬、塞棒和水口。这是由于钢液和钢渣中某些元素与耐火材料产生理化反应以及耐火材料熔损的结果。

控制的措施可采用含SiO2低、耐熔性好，致密性高的碱性或中性耐火材料的钢包、中间包。

3.5 选择优质的保护渣

结晶器内所使用的保护渣的性能非常重要，既要能防止钢水的二次氧化，又要有吸收结晶器中上浮夹杂物的功能。对保护渣的要求必须具有熔点低、铺展性能好、黏度小、熔速快、绝热性好等特点。

4 结语

通过对转炉冶炼、精炼、连铸等工序的工艺及原材料控制，可以有效降低非金属夹杂物的含量，进而减少连铸坯和成品钢板的质量缺陷，提高产品质量。