结晶器电磁搅拌对IF钢连铸坯表层纯净度的影响

应用扫描电镜分析、能谱分析和显微镜技术等分析手段,研究了结晶器电磁搅拌对IF钢铸坯表层纯净度的影响。结果表明：结晶器电磁搅拌可有效改善铸坯表面质量,使铸坯表层皮下气泡和显微夹杂物显著减少;IF钢铸坯中夹杂物主要是Al2O3、TiN和Al2O2TiN、Al2O3-Ti2O2、Al2O3-Ti2O3-TiN型复合夹杂物;铸...     

IF钢铸坯表层洁净度研究

采用金属原位分析仪(OPA-100)对国内某厂同浇次不同浇铸阶段(开浇头坯、正常坯、浇铸末期尾坯)的IF钢铸坯表层非金属夹杂物含量及夹杂物粒径分布进行了研究分析。结果表明:铸坯内弧和外弧表层非金属夹杂物含量及粒径的趋势基本吻合。铸坯中铝系夹杂物含量:头坯尾坯正常坯,正常坯中铝系夹杂物含量稳定,处于非稳态浇铸期的头坯和尾坯中铝系夹杂物含量波动较大,在距铸坯表面5.6 mm之后逐渐减小;铸坯中铝系夹杂物的平均粒度和大于5μm的夹杂物所占比例均随着距铸坯表面距离的增加而减小。     

IF钢铸坯皮下夹杂物与钩状坯壳的特征分布

铸坯中大尺寸非金属夹杂物是造成 IF钢冷轧薄板表面缺陷的主要原因,因此使用扫描电镜对超低碳 IF钢铸坯中夹杂物的形貌、类型、尺寸、数量分布进行了大面积(58897·3 mm2)的综合检测。结果表明：IF钢稳态铸坯中的大尺寸夹杂物主要有3种类型,大多数为簇群状的氧化铝夹杂物和簇群状的 TiOx-Al2 O3夹杂物,以及少量的“气泡＋Al2 O3”。实验细致分析了不同尺寸的夹杂物在铸坯近表层的数量分布,并探讨了这种数量分布的原因。分析结果表明：直径大于100μm的夹杂物在铸坯近表层的数量分布受钩状坯壳的发达程度影响明显,而直径在20~50μm的夹杂物在铸坯近表层的分布较为均匀,同时由于结晶器中非对称流场,20~50μm 的夹杂物沿铸坯宽度方向上数量分布并不完全对称。     

LD－LF－CC工艺生产的82B钢铸坯洁净度研究

采用加入示踪剂、对铸坯进行系统取样与实验室综合分析相结合的方法,对LD-LF-CC工艺生产的82B钢铸坯中T[O]、显微夹杂物和大型夹杂物数量和粒径分布以及成分类型进行了系统研究。结果表明：铸坯中T[O]和显微夹杂物数量的平均值分别为28.42×10-6和17.78个/mm2,铸坯中0-4μm和4-10μm的夹杂物分别占显微夹杂物总数的87.21%和12.22%,显微夹杂物的类型主要为复合氧化物类和由复合氧化物和硫化钙构成的复合夹杂物。铸坯中大型夹杂物含量差别很大,大于300μm的夹杂物占大多数,大型夹杂物的形成与钢包耐火材料侵蚀和中间包卷渣有关。     

ASPEX定量分析IF钢夹杂物研究

对IF钢铸坯中夹杂物进行了定量分析研究。铸坯断面夹杂物分布较均匀,夹杂物主要是Al2O3和Al2O3-TiOx。稳态浇铸铸坯的夹杂物尺寸为5~10μm,有个别簇状夹杂物尺寸在50~100μm。切头和尾坯中存在少量大于100μm的簇状夹杂物。     

高拉速连铸低碳铝镇静钢铸坯中夹杂物

针对高拉速板坯连铸生产的低碳铝镇静钢铸坯,采用Aspex自动扫描电镜对铸坯表层夹杂物进行大面积的扫描分析,得到不同拉速下夹杂物的变化规律,并探究流场和S含量对夹杂物分布的影响.结果表明：随着拉速增大,钩状坯壳的深度和长度逐渐减小.对拉速大于2 m·min^-1的铸坯,由于钩状坯壳不是很发达,铸坯表层没有发现大于200μm的夹杂物.铸坯表层尺寸介于50~200μm的夹杂物主要是由凝固坯壳所捕获,而夹杂物在凝固前沿的受力决定了夹杂物的捕获行为.随着拉速提高,凝固前沿的钢液流速增加,随着冲刷力的增加、捕获力的减少,夹杂物被捕获的数量减少.在高拉速连铸下,如果钢液中S含量较大,夹杂物受到明显的温度Marangoni力,会更容易被凝固坯壳捕获.     

高品质冷轧薄板钢中非金属夹杂物控制技术

 能够造成冷轧薄板表面缺陷的钢中夹杂物主要是簇群状Al2O3、“Ar气泡+Al2O3”和结晶器保护渣卷入形成的大型夹杂物。在正常稳定连铸条件下,目前已能够做到对结晶器保护渣卷渣形成夹杂物加以有效控制。在各类非稳浇铸铸坯中,浇次开浇头坯的品质降低最严重,浇次尾坯中保护渣卷渣形成的夹杂物数量明显多于正常坯,炉-炉间交接坯和快换浸入式水口期间浇铸铸坯中,来源于保护渣卷入形成的夹杂物数量也多于正常坯试样。首钢京唐公司生产冷轧薄板钢类,在1.0～2.0m/min拉速范围,大型夹杂物随拉速增加呈减少趋势,对此应加以关注。研究发现,尺寸100μm以上的有害夹杂物主要存在于铸坯2mm表层内,生产“无表面缺陷”要求的汽车外板,应该采用铸坯表面清理。     

交换钢包过程对IF钢连铸板坯表层洁净度的影响

采用ASPEX扫描电镜中的自动特征分析功能研究了交换钢包过程（取样浇次第4、5炉）对IF钢连铸板坯表层的洁净度的影响,且对比研究了交换钢包过程浇铸铸坯（交接坯）与正常浇铸铸坯（正常坯）的表层洁净度.结果表明：正常坯与交接坯中尺寸大于20μm的表层夹杂物可分为三类：（1）簇群状Al₂O₃（包括气泡+簇群状Al₂O₃）;（2）簇群状TiO_x-Al₂O₃夹杂物;（3）保护渣夹杂物.正常坯表层的大型夹杂物主要为簇群状Al₂O₃,没有检测到保护渣夹杂物.换包开浇后铸坯总氧质量分数从14×10^-6增至17×10^-6,交接坯表层检测到较多的第2夹杂物,说明钢包开浇后钢水被轻微氧化.此外,钢包开浇后剧烈的液面波动也导致了保护渣的卷入.在当前工艺下,换包对IF钢铸坯表层洁净度的影响长度约为11m.     

IF钢连铸坯表层夹杂物

针对国内某厂以BOF-RH-CC流程生产的IF钢连铸坯,采用氧氮化学分析、光学显微镜分析、扫描电镜分析、能谱分析和金属原位统计分布分析等多种分析方法,综合分析了夹杂物的尺寸、数量、分布以及成分等.结果表明,非稳态浇铸下铸坯二次氧化严重,大型夹杂物增多;铸坯宽度1/4位置表层夹杂物数量高于边部和中部;随着距内弧表面距离的增加,Al系夹杂物平均粒度越来越小,大于10μm的夹杂物比例也越来越小;铸坯表层夹杂物含量和粒度明显高于铸坯内部,其中距内弧6 mm处夹杂物总数最多.     

IF钢铸坯表层显微夹杂分析

针对IF钢铸坯表层显微夹杂的变化,采用氧氮分析仪、金相显微镜、扫描电镜、能谱分析等方法,对钢中表层夹杂物的尺寸、数量、形态、分布和来源进行分析。结果表明,铸坯表层显微夹杂在距内弧表面3~4 mm处存在明显的聚集现象,其含量分别达到9.2个/mm~2、8.8个/mm~2,而其它位置上夹杂物数量为5.1~6.8个/mm~2;宽度方向上夹杂物分布具有随机性;表层显微夹杂以Al_2O_3-TiO_x、Al_2O_3类夹杂为主,尺寸多在20μm以内,两者合计占夹杂物总量的84%。     

轴承钢铸坯中大型夹杂物来源分析

为提升轴承钢品质,尽可能去除大型夹杂物,结合某钢厂轴承钢生产实际,采用大样电解方法分析了轴承钢中大型夹杂物类型,并结合引流砂检测结果分析了大型夹杂物的来源。结果表明,开浇时铸坯大型夹杂物总量比浇注中期明显偏高,但浇注中期的夹杂物种类与开浇铸坯中类似。铸坯中共发现5类大型夹杂物,其中铝酸钙大型夹杂物来源于钢液中的夹杂物;氧化铝、尖晶石和氧化钙大型夹杂物来源于引流砂;含少量K的TiO2-SiO2-FeO-CaO-Al2O3系复合夹杂物并非一定源自结晶器保护渣,也可能来源于引流砂及烧结产物。除了在精炼过程要尽可能地去除大尺寸的夹杂物,在连铸过程仍需采用有效措施,将引流砂及烧结产物排尽,才能有效提升轴承钢的产品质量。     

45A钢方坯夹杂物行为研究

为了了解45A钢铸坯夹杂物行为,利用显微镜、电子探针和大样电解等分析方法对45A钢铸坯中夹杂物分布、数量和种类做了分析。结果表明:铸坯夹杂物整体控制水平较好,其中铸坯夹杂物指数平均为22.2个/mm2,铸坯中心夹杂物指数为25.8个/mm2;铸坯大样电解结果表明大型夹杂物总量平均为2.23 mg/(10 kg),夹杂物直径都大于300μm;大型夹杂物主要来源于结晶器卷渣、氧化产物和中间包覆盖剂等。     

IF钢铸坯中高SiO2类夹杂来源探讨

采用X射线衍射、扫描电镜及能谱、夹杂物无损伤提取等手段研究和跟踪了IF钢铸坯中大颗粒高SiO₂类夹杂物的特征及来源.结果表明：IF铸坯中存在大量大颗粒固相夹杂物,其中高SiO₂类夹杂约占总数的60%,尺寸较大,一般>50μm,形状不规则;铸坯中高SiO₂夹杂的主要来源是未预熔充分的结晶器保护渣,粉渣颗粒内部存在多个物相,其中部分高熔点固相氧化物（SiO₂,Al₂O₃）在浇注过程中未完全溶解就伴随卷渣进入钢中被坯壳捕获,最终形成铸坯中夹杂物.改善保护渣的预熔性能,很大程度可以降低高SiO₂类固相大颗粒夹杂物对铸坯造成的质量缺陷.     

IF钢铸坯厚度方向洁净度演变

采用夹杂物原貌分析、扫描电镜和能谱分析、氧氮分析等手段系统分析了IF钢铸坯全厚度方向的洁净度变化及夹杂物分布规律.铸坯厚度方向全氧（T.O）和N质量分数平均值均为17×10^-6.内、外弧表层1/16内T.O、N均高于平均值5%~10%,存在夹杂物聚集带;内弧1/4至外弧1/4区域T.O、N水平低于平均值5%~10%;表层1/16至1/4区域接近平均水平.共统计夹杂物963个,夹杂物平均粒径5.7μm,〈5μm占60%,〈10μm占90%;Al₂O₃夹杂主要存在表层5 mm内,尺寸在2~10μm;TiN-Al₂O₃和TiN粒子主要在距离表层5~80 mm,尺寸随深度增加而增大;TiN-TiS和TiS夹杂主要在距离表面80~130 mm,尺寸1~5μm.从铸坯表层到中心主要夹杂物的分布依次是Al₂O₃、Al₂O₃-TiN、TiN、TiN-TiS、TiS和MnS.     

管线钢冶炼过程夹杂物行为研究

对管线钢从精炼开始到轧材整个生产过程中夹杂物的行为进行了研究。采用金相、化学等各种分析手段,分析了管线钢钢水、连铸坯及热轧卷的洁净度的变化。试验结果表明：现有的生产工艺在稳态浇注时钢水的洁净度满足产品质量要求,LF精炼后钢中夹杂物的含量明显降低。钢水和稳定态铸坯没有发现大于20μm的夹杂物和聚集的夹杂物。非稳态的头坯热轧卷2m长度内氧化铝夹杂超标,主要位于铸坯的内孤表面;头坯热轧卷的夹杂物检测中发现了K2O等成分,表明开浇过程由于拉速变化引起结晶器卷渣。     

IF钢铸坯质量研究

利用SEM扫描、能谱分析及大样电解检测等方法,对梅钢生产的超低碳IF钢铸坯夹杂物进行了研究分析。铸坯显微夹杂物主要组成为Ti N、Al2O3、Ti S等几类,尺寸多在10μm以下,占夹杂物总量的86%。大型夹杂物平均含量为6.653 mg/10 kg,主要尺寸范围在50~180μm,但也有少量尺寸大于355μm的大型夹杂物。能谱结果显示,大颗粒夹杂物包括有保护渣卷入含有Na、K等元素的夹杂物和水口内壁Al2O3沉积物脱落形成的含有Al、O元素的不规则块状夹杂物。     

电磁制动对CSP结晶器内夹杂物行为的影响

利用数值模拟方法研究了电磁制动对涟钢CSP结晶器内钢水夹杂物行为的影响,并进行了现场验证.数值模拟表明,无电磁制动时,粒径在50 μm以下的夹杂物颗粒其上浮概率几乎为零,200μm夹杂物颗粒上浮概率为6%;有电磁制动时,粒径在50μm以下的夹杂物颗粒的上浮概率为25%,200 μm夹杂物颗粒上浮概率为38%,现场试验表明,采用电磁制动与没有电磁制动相比,铸坯中200～300 μm的大型夹杂物降低了15.9%,300～400μm的大型夹杂物降低了30.2%,大于400μm的夹杂物降低了39.1%.电磁制动数值模拟的结果与现场试验结果有一定的吻合性.     

IF钢中含Ti夹杂物的衍变规律

系统研究了Ti-IF钢冶炼过程和铸坯中含Ti夹杂物的组成、分布与微观形貌,揭示了含Ti夹杂物的衍变规律.热力学分析和实验结果表明：在IF钢冶炼过程中无TiN生成,含Ti夹杂物的存在形式是以TiO₂为主的钛氧化物结合其他氧化物的复合夹杂：而在连铸凝固过程中,由于钢液温度降低和元素的偏析作用,TiN夹杂以异质形核的方式生成.IF钢铸坯中非金属夹杂物主要是大尺寸Al₂O₃颗粒和存在中间过渡层的TiN—Al₂TiO₅-Al₂O₃复合夹杂物,其形核长大过程是[Al]、[Ti]和[O]先在细小的Al₂O₃颗粒上反应生成一层Al₂TiO₅,然后TiN在Al₂TiO₅表面形核长大.根据连铸过程和铸坯中含钛夹杂物的研究得出,Ti-IF钢铸坯中TiN夹杂难以去除,但是可以使其变性以实现对钢中含钛夹杂物的控制.     

IF钢铸坯皮下小气泡分布

通过铸坯取样分析研究了板坯结晶器内拉速和电磁制动与小气泡分布之间的关系,探讨了拉速以及电磁制动对IF钢铸坯皮下气泡大小、数量和分布的影响规律.实验结果表明:铸坯皮下气泡直径小于0.1mm的气泡占总数的57%,0.1~0.5mm之间的占42.5%,大于0.5mm占0.5%,并且随着皮下距离的增加,被捕捉的气泡尺寸越来越小,而气泡数量边部比1/4处要多50%左右,1/4位置最少;拉速提高会导致气泡尺寸变小,在1/4及边部,气泡聚集位置由皮下9mm变为12mm附近,但是低拉速和高拉速均在皮下3mm位置处有气泡聚集;电磁制动下,铸坯中心处气泡尺寸变大,1/4及边部位置气泡尺寸变小,且会使气泡数量总体降低,主要表现在聚集位置处的气泡数量明显减少.     

CSP 铸 坯 内 的 大 型 夹 杂 物

 利用阳极泥法对CSP流程不同工艺参数下生产的汽车大梁板ZJ510L、集装箱板SPA H、普板ZJ330B三个钢种铸坯中的大型夹杂物进行了研究。发现尺寸350 μm以下的大多为圆球形状的Si Al Ca类夹杂物,常规拉速47~50 m/min夹杂物尺寸一般在390 μm以下。连铸稳态生产情况下铸坯纵向大型夹杂物数量分布差异较大,水模型研究发现其原因是由于结晶器内“液面动态失稳”现象造成的。拉速越大夹杂物容易上浮的临界直径越大。