ESP工艺铸坯内大型夹杂物的研究

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ESP 工艺铸坯内大型夹杂物的研究
何 冲
（连云港亚新钢铁有限公司，江苏 连云港 222523）
摘 要：
利用阳极泥法对ESP 不同工艺参数生产的铸坯中大型夹杂物进行分析研究。

ESP 工艺铸坯内大型夹杂物主要可分为四类：含K/Na 类夹杂物、Al 2O 3类夹杂物、含钛类夹杂物以及硅酸盐类夹杂物，杂物粒径在80µm ～140µm 和140µm ～300µm 居多。

关键词：
ESP ；无头轧制；夹杂物；卷渣中图分类号：TG335.56 文献标识码：A 文章编号：
11-5004（2020）23-0239-2 收稿日期：
2020-12作者简介：
何冲，男，生于1986年，汉族，河南舞阳人，本科，工程师，研究方向：炼钢，轧钢工艺技术及产品质量控制。

近几年国内ESP 建设项目成井喷式发展，ESP 工艺的创新
与发展,将带来巨大的经济效益和超强的产品竞争力。

如果ESP 工艺运行良好,我国钢铁企业可将其作为今后新建和改造热轧带钢生产线的候选方案[1]。

关于CSP 连铸薄板坯中夹杂物，国内已有了一些的研究结论，CSP 薄板坯洁净度不如传统厚板坯；以CSP 热轧板卷生产的冷轧板缺陷率比传统工艺热轧板卷生产的冷轧板缺陷率高。

液相穴内夹杂物不能上浮是CSP 薄板坯的洁净度不如传统工艺厚板坯的主要原因[2]。

为了进一步开发新的品种，有必要对ESP 工艺下铸坯内夹杂物进行研究。

由于ESP 工艺是全无头轧制，进行铸坯内夹杂物研究难度更大，为此，只有对生产过程中因轧制异常等情况下产生的板坯进行取样检验。

我们收集了ESP 生产线的部分铸坯样，委托某钢铁院校对铸坯样进行电解分析，并详细记录相关参数，得出了一些研究结论和控制夹杂物的方向。

1 研究方法
采用阳极泥法提取铸坯中大型夹杂物,将电解后的夹杂物用
进口JSM-6480LV 型扫描电镜（带能谱分析）观察，并对夹杂物成分进行能谱分析。

取不同铸机生产过程中的10个试样，研究钢种为SPHC。

不同铸机的铸坯距窄面1/4相距1000mm，上下表面分别为铸坯厚度1/4处。

2 实验结果
2.1 钢中大型夹杂物分析结果
表1 钢中大型夹杂分析结果
试样号电解样质量kg 夹杂物总量
mg/10kg
夹杂物粒径分级/%
<80µm 80µm ～140µm 140µm ～300µm >300
µm
E27362东 3.402 3.538.333.341.716.7E27362西 3.400 3.249.136.445.59.1E24035西上 3.430 3.508.341.733.316.7E24035东下 2.928 3.4230.060.010.00.0E35427西上 2.896 4.8314.321.442.921.4E35427东下 2.918 2.7412.512.562.512.5E27231东上 2.925 3.769.136.454.50.0E27231西上 3.022 3.9716.725.041.716.7E26192东上 2.933 6.140.016.744.438.9E26192西上
2.918
3.779.19.145.536.4
从夹杂物分析结果（表1）可以看出，ESP 铸坯中大型夹杂
物粒径在80µm ～140µm 和140µm ～300µm 居多，典型形貌见图1、图2，试样E26192中粒径>300µm 的夹杂物超过了
35%。

图1 80µm ～140µm 夹杂物放大20
倍照片
图2 140µm ～300µm 夹杂物放大20倍照片
2.2 夹杂物分类
通过对电解出来的夹杂物的归类，发现大型夹杂物主要可分为四类：含K/Na 类夹杂物、Al 2O 3类夹杂物、含钛类夹杂物以及硅酸盐类夹杂物。

如表2所示，试样E27362东的主要夹杂物类型为Al 2O 3类夹杂物，试样E27362西的主要夹杂物类型为K/Na 类夹杂物，试样E24035上表面和下表面的主要夹杂物类型为Al 2O 3类夹杂物，试样E35427上表面的主要夹杂物类型为Al 2O 3类夹杂物，试样E35427下表面的主要夹杂物类型为含钛类夹杂物，试样E27231东上的主要夹杂物类型为Al 2O 3类夹杂物，试样E27231西上的主要夹杂物类型为含钛类夹杂物，试样E26192东上和西上的主要夹杂物类型为含钛类夹杂物。

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2.3 夹杂物来源分析
2.3.1K/Na类夹杂物
此类夹杂物很可能是外来夹杂物，其来源可能是炉渣卷入，其中包括炼钢炉渣、中间包覆盖剂和结晶器保护渣。

RH出站的精炼渣为高碱度Al2O3渣，渣中SiO2含量较低，基本不含碱金属氧化物，所以来源不可能是RH出站的精炼渣。

结晶器保护渣中碱金属氧化物和氟化物含量较高，而中间包覆盖剂则相对较低，所以来源更可能是结晶器保护渣。

2.3.2 Al2O3类夹杂物
此类夹杂物可能是外来夹杂物，其来源可能是中间包覆盖剂，中间包覆盖剂的Al2O3含量高，而结晶器保护渣含量很低。

对于颗粒状Al2O3夹杂物，其由许多Al2O3粒子聚合形成，且发生了烧结现象，这与浸入式水口的结瘤物较为相似，所以可以推测这些夹杂物可能来源于水口内壁结瘤物，当然也有可能是铝脱氧产物聚合在一起形成的。

2.3.3 含钛类夹杂物
由表3可以看出试样的东侧和下表面容易富集Ti类夹杂物。

中间包覆盖剂的渣粒一般为不规则形状，渣粒中包含较高Al、Si、Ca和一定量的Ti，而中包渣TiO2的含量相对较高，结晶器保护渣较低，又由于由热力学计算可知，在精炼和连铸温度下，并不能稳定地生成含Ti类夹杂物，编号E27231和E26192试样为停浇炉次，且含Ti类夹杂物较多，所以含Ti类夹杂物更可能来源于中间包覆盖剂的卷渣。

2.3.4 硅酸盐类夹杂物
中间包覆盖剂和结晶器保护渣中的SiO2均较高，所以二者均有可能为铸坯中硅酸盐类夹杂物来源。

钢包和中间包耐材为Mg-C砖，SiO2含量很低；而浸入式水口结瘤物成分主要为Al2O3粒子，SiO2的含量也较低，所以这两种因素均不太可能为铸坯中硅酸盐类夹杂物的主要来源。

另外硅酸盐类夹杂物的来源还可能是二次氧化。

3夹杂物控制方向
3.1钙处理控制
根据文献[3]，CSP流程钙处理主要是解决钢水连浇性问题，因此，钙处理后钢中夹杂物应呈液态，即为液态CaO-Al2O3夹杂或含有少量CaS的CaS-CaOAl2O3复合夹杂。

为较好的实现钙处理对夹杂物变性，应同时考虑钢中Ca、Al、S含量；当钢中w（Al）=0.02%～0.035%时，为生成液态钙铝酸盐夹杂，w（Ca）最佳控制范围为0.0008%～0.0015%，为避免纯CaS夹杂的生成，钢中w（S）应控制在0.003%以内。

从成分控制情况来看（见表3），w （S）、w（Al）比较符合相关研究，E27362、E27231和E26192的w （Ca）偏高，但钙处理效果较好，生产过程并未发现棒位上涨和水口絮流问题。

为满足夹杂物变性要求并控制好炼钢成本，无论
BOF-LF-CC还是BOF-LF-RH-CC的工艺流程，在最后一道精炼工序精确控制金属钙线的喂入量都是十分必要的，在工业生产中需重点关注转炉装入量和钙线质量的稳定性。

表3 成分控制情况
试样编号
最后一道精炼的成分中包成分
Si S Als Ca Si S Als Ca E273620.03420.00110.02460.00410.02950.00220.02760.0024 E240350.02860.00240.03430.00210.02980.00190.03170.0013 E354270.03140.00240.03500.00150.03260.00230.03450.0014 E272310.02810.00210.02890.00270.03060.00060.02710.0019 E261920.02630.00100.03790.00320.03100.00200.03360.0025 3.2结晶器液面控制
根据王现辉研究得出的结论[4]，CSP铸坯中的大型夹杂物主要来源于保护渣卷渣,尺寸350μm以下的大多为圆球形状的Si-Al-Ca类夹杂物，常规拉速4.7m/min～5.0m/min夹杂物尺寸一般在390μm以下。

拉速越大夹杂物容易上浮的临界直径越大,因而铸坯中越容易捕获大直径夹杂物。

ESP工艺常规拉速5.0m/min～5.7m/min，取样炉次拉速4.74m/min～5.52m/min，与CSP工艺相近，使用电磁制动（EMBr）时，可以大大减弱结晶器液面的波动，也就意味着可以减轻结晶器的卷渣。

在本项研究中，有的试样也检测出了K/Na 类夹杂物，但E272311的东上和西上试样均没有检测出K/Na类夹杂物，证明在对应断面、拉速和工艺流程下电磁制动对控制结晶器液面波动是有效果的。

4结语
（1）ESP工艺铸坯内夹杂物含量较多，大型夹杂物主要可分为四类：含K/Na类夹杂物、Al2O3类夹杂物、含钛类夹杂物以及硅酸盐类夹杂物。

（2）浇铸过程，做好保护浇铸，防止钢水二次氧化，稳定中包液面、结晶器液面减弱中包液面以及结晶器液面波动，降低中包覆盖剂以及保护渣的卷入从而降低硅酸盐类、K/Na类夹杂。

（3）稳定装入量和出钢量，精准控制钙线喂入量既能降低成本又能很好的减少钢液中夹杂物的含量。

参考文献
[1] 张志勤,高真凤,何立波.ESP无头连铸连轧带钢工艺的创新与展望[J].炼
钢,2010.12:70～73.
[2] 李桂军,魏军,蔡开科等.CSP连铸薄板坯中非金属夹杂物行为研究[J].钢
铁,2006.7:37～40.
[3] 朱万军,王春锋,吴维轩等.CSP流程低碳铝镇静钢钙处理优化试验研究[J].炼
钢,2015.10:21～26.
[4] 王现辉,王新华,张炯明等.CSP铸坯内的大型夹杂物[J].钢铁研究学
报,2009.1:13～16.
表2 各试样中夹杂物结果与分析
试样编号E27362E24035E35427E27231E26192
K/Na类
东侧23.50%
西上
18.20%
西上
0.00%
东上
0.00%
东上
0.00%
Al2O3类29.40%72.70%41.20%42.90%17.60%含Ti类11.80%0.00%23.50%38.10%70.60%硅酸盐类 5.90% 4.50%17.60%0.00%0.00%
K/Na类
西侧36.80%
东下
0.00%
东下
7.70%
西上
0.00%
西上
7.70%
Al2O3类21.10%52.20%7.70%28.60%15.40%含Ti类 5.30%13.00%46.20%50.00%30.80%硅酸盐类0.00%21.70%7.70%0.00%15.40%
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