X80管线钢高洁净度钢水的冶炼实践
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ａｃａ Ｏ
炼来 说 ， 好 白渣 ， 造 同时保 持极低 的钢 中 氧质
量分 数是控 制钢 中硫 质量分 数 的关 键 。
２ ３ ３ ３ 充分 的钢渣 搅拌 混合 ． ．．
．［ Ｓ ％ ］．［ ＿１ ） ％Ａ ］
（） ２
Ｌ Ｆ炉精 炼脱 硫是 钢渣 界 面反应 脱 硫 ， 因 此钢 渣充 分混合 以满 足脱硫 的动力学 条件是 Ｌ Ｆ炉脱 硫 的基 础 。钢渣 搅拌 混合 良好 ， 随着 搅 拌功 的增 大 ， 脱硫 率相应 急剧 增大 。
５ — ２ ２ ２ ５ ７ １ —１ １ ５ ２ — ５ — １ ３
５ ２—５ ２ ５ ８—３ ７—８ ｌ
塑 垩 ！ 竺 生 ：
！ ！ ：！ ：
： 三 ： 至 ： ！
２ ３ ３ ２ 低 氧化 性钢 包顶 渣控 制 ． ．．
在 冶炼低 硫 钢 时 ， 渣 氧 化 性 对 脱 硫 效 炉 率 有着 直接 的 影 响 ， 渣 氧化 性 程 度 取 决 于 炉 渣 中 Ｆ Ｏ和 Ｍｎ ｅ Ｏ的含 量 ， ｅ Ｆ Ｏ＋Ｍｎ Ｏ含 量 降 低， 有利 于脱 硫 反 应 的进行 。 因此 在 操 作 中
的偏析 。工 艺路线 图如 图 １所 示 。
铁水预处理
｛ 转炉 卜 ｛ Ｆ ． Ｌ 精炼 ＿
Ｉ Ｈ脱气 － 连铸 － 铸坯检查清理 Ｒ
图 １ Ｘ ０管 线 钢 冶 炼 工 艺 路 线 ８
２ 钢水冶炼
在 Ｘ ０管线 钢 生产 过 程 中 ， ８ 经脱 硫 处 理
和钢包底吹氩流量 ， 以保 证 钢 水 在 Ｌ Ｆ炉 中 快 速 、 效 脱 硫 。之 后 钢 水 在 Ｒ 真 空 精 炼 高 Ｈ 炉进 行脱 气处 理 ， 除钢水 中 的氮气和 氢气 。 去
Ａ： ， １ 按脱 硫 渣 系 的上 限控 制 ， 时 加 入 萤 Ｏ 同
石 改 善渣 的流动 性 。
表 １ ８ 实际生产中部分炉次 的钢包渣成分 （ｔ ） 围 ｘ ０ ｗ。 范 ％
垒 兰 ！ 堑： ！
ＩＦ到站
ＬＦ 出站
！
７—８
！
≤０ ９ ． ≤１ １ ．
≤０ ７ ≤０ ２ ． ．
２ ４ 钢水 氮含 置控 制 ．
图 ４为钢水 冶炼 过程 中氮含 量变化情况 。
பைடு நூலகம்
由 （ ） 可 以看 出 ， 得 高 效 脱 硫 的 热 ２式 获 力 学 条件 为 ： ａ 采 用 较 高 精 炼 温 度 ； ｂ 降 （） （）
低 钢 液与 炉渣 氧 势 （ 加 ［ Ａ ］ 降 低 钢 包 增 ％ １、 顶 渣 氧化性 ） （ ） 用 高硫 分 配 比的 Ｌ ；ｃ 选 Ｆ炉 炉渣 ， 采用 较 低 ａ ・ （／ ／ 的 炉 渣 。 ｆ ）ａ 值 ｓ
图 ４ 钢 水 冶 炼 过 程 中 氮含 量 变 化 情 况
２５ 钢水 氧含 量控 制 ．
图 ５钢 水 冶炼 过程 中氧 含量 变 化情 况 。
为 了降 低 钢 包 顶 渣 氧含 量 ： ａ 从 转 炉 出钢 （）
挡渣 ， 减少 转炉 下 渣 量 ； ｂ 吹 氩 站 到 Ｌ （） Ｆ炉 采用 全程 控 制 钢加 铝 粒 的措 施 ， 证 精 炼 过 保 程 中钢 中 ［ １ 始终 参 与 对 钢包 顶 渣 的还 原 ； Ａ］ （ ） 转 炉 下渣 量 减 少 的 前 提 下 ， 当 加 人 ｃ在 适 造渣 料增 大 钢 包顶 渣 量 ， 时在 加 热 时 精 确 同 调 整钢包 底 吹流量 ， 现加 热过 程 的埋弧 。 实
・
定量 的合成渣以便对钢水进行渣洗脱硫 。钢 水 被送 到 Ｌ Ｆ炉 进 行 进 一 步 脱 硫 处 理 ， 时 此
严 格控 制钢 水 和 钢渣 的氧 化 性 、 钢渣 的 成 分
１・
（ ） 反应 的 自由能变 化 为 ： １式
△ｃ ： 一３ ６ ８一 ｌ８ ４ ７＋Ｒ ｌ （ ＴＪ
・
降低 钢 中溶 解 氧 质量 分 数 、 制 渣 中硫 控 含 量 也 可 以 降低 钢 中硫 。对 Ｘ ０管 线 钢 精 ８
３・
需要 对 于 国内钢 铁企业 有着 重要 意 义 。
ｌ Ｘ ０管线钢冶炼工艺流程 ８
为满 足 Ｘ ０管线 钢高 强度 （ 压输 送 ） ８ 高 、 优 良的低 温 冲击韧 性 （ 寒 地 ） 良好 的焊 接 极 、 性能（ 长距 离输 送 ）抗 应 力 腐蚀 裂 纹 和氢 致 、 裂 纹 的性 能 （ ： 蚀 环 境 ） 质 量 特 性 要 Ｈ ｓ腐 等 求， 炼钢 工艺 设计 为通过 严格 冶炼 工艺控 制 ，
在 Ｒ 真 空 精炼 后 ， 钢 水 进 行钙 处理 和钢 Ｈ 对
后 的铁水和废钢、 、 铜 镍等兑人顶底复吹转炉
进行 脱碳 、 磷处 理 ， 脱 出钢 时 向钢包 中加 入 一
包 底部 软吹 氩 处 理 ， 钢 中 固态 的 Ａ： ， 将 １ 类 Ｏ 夹 杂 物 变 性 为 Ａ 一Ｃ Ｏ类 液 态 夹 杂 物 ， １ Ｏ ａ 以促进 钢 中 的夹 杂 物 上 浮 。 同 时 浇 铸 过 程 中 ， 大包 和 中 间包 之 间 以及 中间 包 和浸 人 在
为 加快 脱硫 速率 、 高脱硫 效率 ， 硫过 程 中 提 脱 加 大底 吹氩 搅拌 ， 的钢 渣搅拌 混 合充 分 。 使
２ ３ ３ １ 高硫分 配 比的 Ｌ ． ．． Ｆ炉渣 系选 择
试验初期 ， 涟钢转 炉 出钢 过 程和 Ｌ 炼过 程 Ｆ精
增氮严重 ，Ｆ Ｌ 结束时钢水中［ ］ Ｎ 含量一般 ４ ５ ７ｐｍ， ０ ｐ 真空处理 过程 对氮 有很 好 的去 除作
转炉出钢脱氧后 ， 钢水中 Ｔ ［ ］ ． Ｏ 一般控制在
２ ｐ ０ｐ ｍ左 右 ， 但个 别 炉次 波 动很 大 。通 过钙
处理 、 软吹 、 真空 处理及 中间包 流场作用 上 浮
去除， 同时做 好 全 流程 的 钢 水 保 护 ， 以将 可 Ｘ ０管线 钢溶解 氧 质量 分 数完 全 控 制在 ３— ８ ９ ｐ 钢 中全 氧 基 本 上 以夹 杂 物 形 式 存 在 。 ｐｍ， 全 氧控 制 的关 键 是在 精 炼 初期 配 铝 ， 样 形 这
Ｘ ０高级别 管线钢 ， ８ 由于管道 在高 压下 运 行于地理 环境复杂 、 候条件低寒 的地 带或 海 气 底， 长距 离运输成分复 杂且具有腐 蚀性 的石 油
生产出高纯净度、 中心偏析 的管线钢铸坯 ， 低 为 轧 出高均 质 、 强韧 性 钢 卷 提 供 基 础 。关 高
与天然气 ， 故要求该钢具有高强度、 高韧性 ， 特 键 控 制 钢 水 中 ［ ｓ］≤ ０ ０ ３ ［ ． ０％ Ｐ］≤ 别是低 温冲击韧性 和止裂韧性 、 抗腐蚀 介质 氢 ０ ０５ ，Ｎ］ ０ ｐ ［ ￣２ｐ 通过 ｃ ． １％ ［ ￣６ ｐｍ、Ｎ］ ｐｍ； ＜ ａ 处 理 、 吹 、 Ｈ 真 空 处 理 来 控 制 夹 杂 物 形 软 Ｒ 致裂纹（ Ｉ） 良 Ｈ Ｃ 、 好的焊接性能等。因此掌握 成分 、 工艺 、 组织 、 能之间 的关 系对 于开发 具 态 ； 性 连铸 严格 控制 连铸 坯 中 Ｃ、 、 质 元素 ｓ Ｐ杂 有高强度 、 高韧性、 良好的焊接性能和耐腐蚀
Ｘ ０管线钢高洁 净度钢 水的冶炼实践 ８
技 术 中 心 陈建 新 胡 大
２ ０ 炉厂 １转
温德 智
摘
苏 风 光
要
谢建 府
涟钢 ２０转 炉厂采用铁 水预脱硫 、 Ｏ １ Ｂ Ｆ转 炉 、 Ｆ精 炼炉 、 Ｈ真空 处理 、 坯连铸 生产 Ｘ ０ Ｌ Ｒ 板 ８ 管线钢 ， 通过 合理 的生产工艺 ， 现了钢水 的高洁净度控 制， 效地 降低了钢中气 体和夹杂 物含 实 有 量， 从而 确保了 Ｘ ０管线钢的质量 。 ８
Ｏ ０ ０ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ ０ Ｏ ０
批量生 产时 ， 取措 施后 ， 采 连铸 保 护浇 铸增 氮
达到 ￣３ ｐ ｐ ｍ。
顶 渣 的熔点 、 动性 ， 流 在控 制好 进 Ｌ Ｆ炉 钢 水
［］ Ｓ 含量 的前 提 下 ， Ｌ 将 Ｆ炉 渣 系 的 ｗ ａ ／ ＣＯ ｗ
近 年来 ， 着 国 民 经 济 的快 速 发 展 ， 随 石
性能 的针 状铁素 体组织 的 Ｘ ０高级别 管线 钢 ８ 具有重 要 的意 义 ， 高 洁 净 度钢 水 的冶 炼 是 而 Ｘ ０高级别 管线钢开发 生产 的基础 。 ８
油、 天然气 用 量不 断增 长 ， 内管线钢 发 展迅 国 速 。Ｘ ０管线 钢 由于 其 高强 度 、 韧 性 和 优 ８ 高 良的焊接 性 ， 国 从 “ 我 西气 东输 二线 ” 气 管 输 道 工 程开 始 广 泛使 用 。 未 来 ｌ 将 是 我 国 Ｏ年 油气 输送 管线 建设 的 高潮期 ， 产高 纯净 、 生 高 强 度 、 韧性 、 高 良好 的焊接性 能 和耐 腐蚀 性 能 的 Ｘ ０高 级 别 管 线 钢 来 满 足 国家 工 程 建 设 ８
～
有 研究 认 为 ， 效 脱 硫 的 Ｌ 高 Ｆ炉 渣 系 应 将 ｗ ａ ／ Ａ２ ３ 制在 １２～１８ 比值 越 高 ＣＯ ｗ ｌ 控 Ｏ ． ．，
脱硫效率越高。表 １ 为实际生产 中部分炉次
的Ｌ Ｆ终渣 成 分 ， 实 际生产 中考 虑 到 Ｌ 在 Ｆ炉
用， Ｒ 经 Ｈ后 钢 水 中 ［ ］ 降低 到 ３ Ｎ 可 ５—５ ０ ｐｍ， 随后连铸过 程 由于大包 钢液 面裸 露和 ｐ 但 连铸保 护浇 铸 不好 ， ５ Ｏ氮 ２ ｐ 大 钢 ０５ Ｏ啷 啷謇 ０ ｝ ｍ， Ｏ 水增 ５ ５～ ｐ５ Ｏ ５ 嗍
炼来 说 ， 好 白渣 ， 造 同时保 持极低 的钢 中 氧质
量分 数是控 制钢 中硫 质量分 数 的关 键 。
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Ｌ Ｆ炉精 炼脱 硫是 钢渣 界 面反应 脱 硫 ， 因 此钢 渣充 分混合 以满 足脱硫 的动力学 条件是 Ｌ Ｆ炉脱 硫 的基 础 。钢渣 搅拌 混合 良好 ， 随着 搅 拌功 的增 大 ， 脱硫 率相应 急剧 增大 。
５ — ２ ２ ２ ５ ７ １ —１ １ ５ ２ — ５ — １ ３
５ ２—５ ２ ５ ８—３ ７—８ ｌ
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２ ３ ３ ２ 低 氧化 性钢 包顶 渣控 制 ． ．．
在 冶炼低 硫 钢 时 ， 渣 氧 化 性 对 脱 硫 效 炉 率 有着 直接 的 影 响 ， 渣 氧化 性 程 度 取 决 于 炉 渣 中 Ｆ Ｏ和 Ｍｎ ｅ Ｏ的含 量 ， ｅ Ｆ Ｏ＋Ｍｎ Ｏ含 量 降 低， 有利 于脱 硫 反 应 的进行 。 因此 在 操 作 中
的偏析 。工 艺路线 图如 图 １所 示 。
铁水预处理
｛ 转炉 卜 ｛ Ｆ ． Ｌ 精炼 ＿
Ｉ Ｈ脱气 － 连铸 － 铸坯检查清理 Ｒ
图 １ Ｘ ０管 线 钢 冶 炼 工 艺 路 线 ８
２ 钢水冶炼
在 Ｘ ０管线 钢 生产 过 程 中 ， ８ 经脱 硫 处 理
和钢包底吹氩流量 ， 以保 证 钢 水 在 Ｌ Ｆ炉 中 快 速 、 效 脱 硫 。之 后 钢 水 在 Ｒ 真 空 精 炼 高 Ｈ 炉进 行脱 气处 理 ， 除钢水 中 的氮气和 氢气 。 去
Ａ： ， １ 按脱 硫 渣 系 的上 限控 制 ， 时 加 入 萤 Ｏ 同
石 改 善渣 的流动 性 。
表 １ ８ 实际生产中部分炉次 的钢包渣成分 （ｔ ） 围 ｘ ０ ｗ。 范 ％
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≤０ ９ ． ≤１ １ ．
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２ ４ 钢水 氮含 置控 制 ．
图 ４为钢水 冶炼 过程 中氮含 量变化情况 。
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由 （ ） 可 以看 出 ， 得 高 效 脱 硫 的 热 ２式 获 力 学 条件 为 ： ａ 采 用 较 高 精 炼 温 度 ； ｂ 降 （） （）
低 钢 液与 炉渣 氧 势 （ 加 ［ Ａ ］ 降 低 钢 包 增 ％ １、 顶 渣 氧化性 ） （ ） 用 高硫 分 配 比的 Ｌ ；ｃ 选 Ｆ炉 炉渣 ， 采用 较 低 ａ ・ （／ ／ 的 炉 渣 。 ｆ ）ａ 值 ｓ
图 ４ 钢 水 冶 炼 过 程 中 氮含 量 变 化 情 况
２５ 钢水 氧含 量控 制 ．
图 ５钢 水 冶炼 过程 中氧 含量 变 化情 况 。
为 了降 低 钢 包 顶 渣 氧含 量 ： ａ 从 转 炉 出钢 （）
挡渣 ， 减少 转炉 下 渣 量 ； ｂ 吹 氩 站 到 Ｌ （） Ｆ炉 采用 全程 控 制 钢加 铝 粒 的措 施 ， 证 精 炼 过 保 程 中钢 中 ［ １ 始终 参 与 对 钢包 顶 渣 的还 原 ； Ａ］ （ ） 转 炉 下渣 量 减 少 的 前 提 下 ， 当 加 人 ｃ在 适 造渣 料增 大 钢 包顶 渣 量 ， 时在 加 热 时 精 确 同 调 整钢包 底 吹流量 ， 现加 热过 程 的埋弧 。 实
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定量 的合成渣以便对钢水进行渣洗脱硫 。钢 水 被送 到 Ｌ Ｆ炉 进 行 进 一 步 脱 硫 处 理 ， 时 此
严 格控 制钢 水 和 钢渣 的氧 化 性 、 钢渣 的 成 分
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△ｃ ： 一３ ６ ８一 ｌ８ ４ ７＋Ｒ ｌ （ ＴＪ
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降低 钢 中溶 解 氧 质量 分 数 、 制 渣 中硫 控 含 量 也 可 以 降低 钢 中硫 。对 Ｘ ０管 线 钢 精 ８
３・
需要 对 于 国内钢 铁企业 有着 重要 意 义 。
ｌ Ｘ ０管线钢冶炼工艺流程 ８
为满 足 Ｘ ０管线 钢高 强度 （ 压输 送 ） ８ 高 、 优 良的低 温 冲击韧 性 （ 寒 地 ） 良好 的焊 接 极 、 性能（ 长距 离输 送 ）抗 应 力 腐蚀 裂 纹 和氢 致 、 裂 纹 的性 能 （ ： 蚀 环 境 ） 质 量 特 性 要 Ｈ ｓ腐 等 求， 炼钢 工艺 设计 为通过 严格 冶炼 工艺控 制 ，
在 Ｒ 真 空 精炼 后 ， 钢 水 进 行钙 处理 和钢 Ｈ 对
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进行 脱碳 、 磷处 理 ， 脱 出钢 时 向钢包 中加 入 一
包 底部 软吹 氩 处 理 ， 钢 中 固态 的 Ａ： ， 将 １ 类 Ｏ 夹 杂 物 变 性 为 Ａ 一Ｃ Ｏ类 液 态 夹 杂 物 ， １ Ｏ ａ 以促进 钢 中 的夹 杂 物 上 浮 。 同 时 浇 铸 过 程 中 ， 大包 和 中 间包 之 间 以及 中间 包 和浸 人 在
为 加快 脱硫 速率 、 高脱硫 效率 ， 硫过 程 中 提 脱 加 大底 吹氩 搅拌 ， 的钢 渣搅拌 混 合充 分 。 使
２ ３ ３ １ 高硫分 配 比的 Ｌ ． ．． Ｆ炉渣 系选 择
试验初期 ， 涟钢转 炉 出钢 过 程和 Ｌ 炼过 程 Ｆ精
增氮严重 ，Ｆ Ｌ 结束时钢水中［ ］ Ｎ 含量一般 ４ ５ ７ｐｍ， ０ ｐ 真空处理 过程 对氮 有很 好 的去 除作
转炉出钢脱氧后 ， 钢水中 Ｔ ［ ］ ． Ｏ 一般控制在
２ ｐ ０ｐ ｍ左 右 ， 但个 别 炉次 波 动很 大 。通 过钙
处理 、 软吹 、 真空 处理及 中间包 流场作用 上 浮
去除， 同时做 好 全 流程 的 钢 水 保 护 ， 以将 可 Ｘ ０管线 钢溶解 氧 质量 分 数完 全 控 制在 ３— ８ ９ ｐ 钢 中全 氧 基 本 上 以夹 杂 物 形 式 存 在 。 ｐｍ， 全 氧控 制 的关 键 是在 精 炼 初期 配 铝 ， 样 形 这
Ｘ ０高级别 管线钢 ， ８ 由于管道 在高 压下 运 行于地理 环境复杂 、 候条件低寒 的地 带或 海 气 底， 长距 离运输成分复 杂且具有腐 蚀性 的石 油
生产出高纯净度、 中心偏析 的管线钢铸坯 ， 低 为 轧 出高均 质 、 强韧 性 钢 卷 提 供 基 础 。关 高
与天然气 ， 故要求该钢具有高强度、 高韧性 ， 特 键 控 制 钢 水 中 ［ ｓ］≤ ０ ０ ３ ［ ． ０％ Ｐ］≤ 别是低 温冲击韧性 和止裂韧性 、 抗腐蚀 介质 氢 ０ ０５ ，Ｎ］ ０ ｐ ［ ￣２ｐ 通过 ｃ ． １％ ［ ￣６ ｐｍ、Ｎ］ ｐｍ； ＜ ａ 处 理 、 吹 、 Ｈ 真 空 处 理 来 控 制 夹 杂 物 形 软 Ｒ 致裂纹（ Ｉ） 良 Ｈ Ｃ 、 好的焊接性能等。因此掌握 成分 、 工艺 、 组织 、 能之间 的关 系对 于开发 具 态 ； 性 连铸 严格 控制 连铸 坯 中 Ｃ、 、 质 元素 ｓ Ｐ杂 有高强度 、 高韧性、 良好的焊接性能和耐腐蚀
Ｘ ０管线钢高洁 净度钢 水的冶炼实践 ８
技 术 中 心 陈建 新 胡 大
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涟钢 ２０转 炉厂采用铁 水预脱硫 、 Ｏ １ Ｂ Ｆ转 炉 、 Ｆ精 炼炉 、 Ｈ真空 处理 、 坯连铸 生产 Ｘ ０ Ｌ Ｒ 板 ８ 管线钢 ， 通过 合理 的生产工艺 ， 现了钢水 的高洁净度控 制， 效地 降低了钢中气 体和夹杂 物含 实 有 量， 从而 确保了 Ｘ ０管线钢的质量 。 ８
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批量生 产时 ， 取措 施后 ， 采 连铸 保 护浇 铸增 氮
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近 年来 ， 着 国 民 经 济 的快 速 发 展 ， 随 石
性能 的针 状铁素 体组织 的 Ｘ ０高级别 管线 钢 ８ 具有重 要 的意 义 ， 高 洁 净 度钢 水 的冶 炼 是 而 Ｘ ０高级别 管线钢开发 生产 的基础 。 ８
油、 天然气 用 量不 断增 长 ， 内管线钢 发 展迅 国 速 。Ｘ ０管线 钢 由于 其 高强 度 、 韧 性 和 优 ８ 高 良的焊接 性 ， 国 从 “ 我 西气 东输 二线 ” 气 管 输 道 工 程开 始 广 泛使 用 。 未 来 ｌ 将 是 我 国 Ｏ年 油气 输送 管线 建设 的 高潮期 ， 产高 纯净 、 生 高 强 度 、 韧性 、 高 良好 的焊接性 能 和耐 腐蚀 性 能 的 Ｘ ０高 级 别 管 线 钢 来 满 足 国家 工 程 建 设 ８
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有 研究 认 为 ， 效 脱 硫 的 Ｌ 高 Ｆ炉 渣 系 应 将 ｗ ａ ／ Ａ２ ３ 制在 １２～１８ 比值 越 高 ＣＯ ｗ ｌ 控 Ｏ ． ．，
脱硫效率越高。表 １ 为实际生产 中部分炉次
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用， Ｒ 经 Ｈ后 钢 水 中 ［ ］ 降低 到 ３ Ｎ 可 ５—５ ０ ｐｍ， 随后连铸过 程 由于大包 钢液 面裸 露和 ｐ 但 连铸保 护浇 铸 不好 ， ５ Ｏ氮 ２ ｐ 大 钢 ０５ Ｏ啷 啷謇 ０ ｝ ｍ， Ｏ 水增 ５ ５～ ｐ５ Ｏ ５ 嗍