ESP 工藝鑄坯內(nèi)大型夾雜物的研究

何 沖

（連云港亞新鋼鐵有限公司，江蘇 連云港 222523）

近幾年國(guó)內(nèi)ESP 建設(shè)項(xiàng)目成井噴式發(fā)展，ESP 工藝的創(chuàng)新與發(fā)展,將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和超強(qiáng)的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。如果ESP工藝運(yùn)行良好,我國(guó)鋼鐵企業(yè)可將其作為今后新建和改造熱軋帶鋼生產(chǎn)線的候選方案[1]。

關(guān)于CSP 連鑄薄板坯中夾雜物，國(guó)內(nèi)已有了一些的研究結(jié)論，CSP 薄板坯潔凈度不如傳統(tǒng)厚板坯；以CSP 熱軋板卷生產(chǎn)的冷軋板缺陷率比傳統(tǒng)工藝熱軋板卷生產(chǎn)的冷軋板缺陷率高。液相穴內(nèi)夾雜物不能上浮是CSP 薄板坯的潔凈度不如傳統(tǒng)工藝厚板坯的主要原因[2]。為了進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新的品種，有必要對(duì)ESP工藝下鑄坯內(nèi)夾雜物進(jìn)行研究。由于ESP 工藝是全無(wú)頭軋制，進(jìn)行鑄坯內(nèi)夾雜物研究難度更大，為此，只有對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中因軋制異常等情況下產(chǎn)生的板坯進(jìn)行取樣檢驗(yàn)。我們收集了ESP 生產(chǎn)線的部分鑄坯樣，委托某鋼鐵院校對(duì)鑄坯樣進(jìn)行電解分析，并詳細(xì)記錄相關(guān)參數(shù)，得出了一些研究結(jié)論和控制夾雜物的方向。

1 研究方法

采用陽(yáng)極泥法提取鑄坯中大型夾雜物,將電解后的夾雜物用進(jìn)口JSM-6480LV 型掃描電鏡（帶能譜分析）觀察，并對(duì)夾雜物成分進(jìn)行能譜分析。

取不同鑄機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中的10 個(gè)試樣，研究鋼種為SPHC。不同鑄機(jī)的鑄坯距窄面1/4 相距1000mm，上下表面分別為鑄坯厚度1/4 處。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 鋼中大型夾雜物分析結(jié)果

表1 鋼中大型夾雜分析結(jié)果

從夾雜物分析結(jié)果（表1）可以看出，ESP 鑄坯中大型夾雜物粒徑在80μm ～140μm 和140μm ～300μm 居多，典型形貌見(jiàn)圖1、圖2，試樣E26192 中粒徑＞300μm 的夾雜物超過(guò)了35%。

圖1 80μm ～140μm 夾雜物放大20 倍照片

圖2 140μm ～300μm 夾雜物放大20 倍照片

2.2 夾雜物分類

通過(guò)對(duì)電解出來(lái)的夾雜物的歸類，發(fā)現(xiàn)大型夾雜物主要可分為四類：含K/Na 類夾雜物、Al2O3類夾雜物、含鈦類夾雜物以及硅酸鹽類夾雜物。如表2 所示，試樣E27362 東的主要夾雜物類型為Al2O3類夾雜物，試樣E27362 西的主要夾雜物類型為K/Na 類夾雜物，試樣E24035 上表面和下表面的主要夾雜物類型為Al2O3類夾雜物，試樣E35427 上表面的主要夾雜物類型為Al2O3類夾雜物，試樣E35427 下表面的主要夾雜物類型為含鈦類夾雜物，試樣E27231 東上的主要夾雜物類型為Al2O3類夾雜物，試樣E27231 西上的主要夾雜物類型為含鈦類夾雜物，試樣E26192 東上和西上的主要夾雜物類型為含鈦類夾雜物。

表2 各試樣中夾雜物結(jié)果與分析

2.3 夾雜物來(lái)源分析

2.3.1 K/Na 類夾雜物

此類夾雜物很可能是外來(lái)夾雜物，其來(lái)源可能是爐渣卷入，其中包括煉鋼爐渣、中間包覆蓋劑和結(jié)晶器保護(hù)渣。RH 出站的精煉渣為高堿度Al2O3渣，渣中SiO2含量較低，基本不含堿金屬氧化物，所以來(lái)源不可能是RH 出站的精煉渣。結(jié)晶器保護(hù)渣中堿金屬氧化物和氟化物含量較高，而中間包覆蓋劑則相對(duì)較低，所以來(lái)源更可能是結(jié)晶器保護(hù)渣。

2.3.2 Al2O3類夾雜物

此類夾雜物可能是外來(lái)夾雜物，其來(lái)源可能是中間包覆蓋劑，中間包覆蓋劑的Al2O3含量高，而結(jié)晶器保護(hù)渣含量很低。對(duì)于顆粒狀A(yù)l2O3夾雜物，其由許多Al2O3粒子聚合形成，且發(fā)生了燒結(jié)現(xiàn)象，這與浸入式水口的結(jié)瘤物較為相似，所以可以推測(cè)這些夾雜物可能來(lái)源于水口內(nèi)壁結(jié)瘤物，當(dāng)然也有可能是鋁脫氧產(chǎn)物聚合在一起形成的。

2.3.3 含鈦類夾雜物

由表3 可以看出試樣的東側(cè)和下表面容易富集Ti 類夾雜物。中間包覆蓋劑的渣粒一般為不規(guī)則形狀，渣粒中包含較高Al、Si、Ca 和一定量的Ti，而中包渣TiO2的含量相對(duì)較高，結(jié)晶器保護(hù)渣較低，又由于由熱力學(xué)計(jì)算可知，在精煉和連鑄溫度下，并不能穩(wěn)定地生成含Ti 類夾雜物，編號(hào)E27231 和E26192 試樣為停澆爐次，且含Ti 類夾雜物較多，所以含Ti 類夾雜物更可能來(lái)源于中間包覆蓋劑的卷渣。

2.3.4 硅酸鹽類夾雜物

中間包覆蓋劑和結(jié)晶器保護(hù)渣中的SiO2均較高，所以二者均有可能為鑄坯中硅酸鹽類夾雜物來(lái)源。鋼包和中間包耐材為Mg-C 磚，SiO2含量很低；而浸入式水口結(jié)瘤物成分主要為Al2O3粒子，SiO2的含量也較低，所以這兩種因素均不太可能為鑄坯中硅酸鹽類夾雜物的主要來(lái)源。另外硅酸鹽類夾雜物的來(lái)源還可能是二次氧化。

3 夾雜物控制方向

3.1 鈣處理控制

根據(jù)文獻(xiàn)[3]，CSP 流程鈣處理主要是解決鋼水連澆性問(wèn)題，因此，鈣處理后鋼中夾雜物應(yīng)呈液態(tài)，即為液態(tài)CaO-Al2O3夾雜或含有少量CaS 的CaS-CaOAl2O3復(fù)合夾雜。為較好的實(shí)現(xiàn)鈣處理對(duì)夾雜物變性，應(yīng)同時(shí)考慮鋼中Ca、Al、S 含量；當(dāng)鋼中w（Al）=0.02%～0.035%時(shí)，為生成液態(tài)鈣鋁酸鹽夾雜，w（Ca）最佳控制范圍為0.0008%～0.0015%，為避免純CaS 夾雜的生成，鋼中w（S）應(yīng)控制在0.003%以內(nèi)。從成分控制情況來(lái)看（見(jiàn)表3），w（S）、w（Al）比較符合相關(guān)研究，E27362、E27231 和E26192 的w（Ca）偏高，但鈣處理效果較好，生產(chǎn)過(guò)程并未發(fā)現(xiàn)棒位上漲和水口絮流問(wèn)題。為滿足夾雜物變性要求并控制好煉鋼成本，無(wú)論BOF-LF-CC 還是BOF-LF-RH-CC 的工藝流程，在最后一道精煉工序精確控制金屬鈣線的喂入量都是十分必要的，在工業(yè)生產(chǎn)中需重點(diǎn)關(guān)注轉(zhuǎn)爐裝入量和鈣線質(zhì)量的穩(wěn)定性。

表3 成分控制情況

3.2 結(jié)晶器液面控制

根據(jù)王現(xiàn)輝研究得出的結(jié)論[4]，CSP 鑄坯中的大型夾雜物主要來(lái)源于保護(hù)渣卷渣,尺寸350μm 以下的大多為圓球形狀的Si-Al-Ca 類夾雜物，常規(guī)拉速4.7m/min ～5.0m/min 夾雜物尺寸一般在390μm 以下。拉速越大夾雜物容易上浮的臨界直徑越大,因而鑄坯中越容易捕獲大直徑夾雜物。

ESP 工藝常規(guī)拉速5.0m/min ～5.7m/min，取樣爐次拉速4.74m/min ～5.52m/min，與CSP 工藝相近，使用電磁制動(dòng)（EMBr）時(shí)，可以大大減弱結(jié)晶器液面的波動(dòng)，也就意味著可以減輕結(jié)晶器的卷渣。在本項(xiàng)研究中，有的試樣也檢測(cè)出了K/Na類夾雜物，但E272311 的東上和西上試樣均沒(méi)有檢測(cè)出K/Na 類夾雜物，證明在對(duì)應(yīng)斷面、拉速和工藝流程下電磁制動(dòng)對(duì)控制結(jié)晶器液面波動(dòng)是有效果的。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）ESP 工藝鑄坯內(nèi)夾雜物含量較多，大型夾雜物主要可分為四類：含K/Na 類夾雜物、Al2O3類夾雜物、含鈦類夾雜物以及硅酸鹽類夾雜物。

（2）澆鑄過(guò)程，做好保護(hù)澆鑄，防止鋼水二次氧化，穩(wěn)定中包液面、結(jié)晶器液面減弱中包液面以及結(jié)晶器液面波動(dòng)，降低中包覆蓋劑以及保護(hù)渣的卷入從而降低硅酸鹽類、K/Na 類夾雜。

（3）穩(wěn)定裝入量和出鋼量，精準(zhǔn)控制鈣線喂入量既能降低成本又能很好的減少鋼液中夾雜物的含量。