IF 鋼連鑄開澆工藝對(duì)頭坯潔凈度影響的研究

李源源，張炯明，崔 衡，尹延斌，鄧 深，楊劍洪

1) 北京科技大學(xué)鋼鐵冶金新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083 2) 柳州鋼鐵股份有限公司，柳州 545002 3) 北京科技大學(xué)鋼鐵共性技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，北京 100083

無(wú)間隙原子（Interstitial Free）鋼，簡(jiǎn)稱IF 鋼，具有極優(yōu)異的深沖性和無(wú)時(shí)效性，作為第三代沖壓用鋼在汽車、家電等行業(yè)內(nèi)廣泛使用[1].IF 鋼對(duì)于表面質(zhì)量要求極高，但其冷軋板表面缺陷是一個(gè)亟待解決的共性問(wèn)題，困擾著各大生產(chǎn)廠家[2].其中，與連鑄過(guò)程密切相關(guān)的表面缺陷主要有：鼓包、翹皮、灰線和孔洞[3-4].這些缺陷是由連鑄坯皮下夾雜物、氣泡、保護(hù)渣“卷渣”以及表面夾渣等缺陷演變形成的[5].各種連鑄非穩(wěn)態(tài)（尤其是開澆）狀況，存在拉速變化、中間包和結(jié)晶器液面波動(dòng)頻繁等問(wèn)題[3,6-7]，導(dǎo)致非穩(wěn)態(tài)連鑄坯潔凈度明顯低于正常坯，非穩(wěn)態(tài)連鑄坯生產(chǎn)的IF 鋼冷軋板表面缺陷發(fā)生率明顯升高[8-19].為了保證IF 鋼冷軋板的質(zhì)量，目前各企業(yè)一般將開澆坯作判廢或降級(jí)處理.然而此種方法由于降級(jí)、判廢長(zhǎng)度不明確，往往出現(xiàn)錯(cuò)判、漏判或多判的問(wèn)題，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，成材率低，增加企業(yè)成本等.因此，對(duì)IF 鋼連鑄開澆過(guò)程的連鑄坯潔凈度及其優(yōu)化展開研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義.

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)檢測(cè)手段、方法，針對(duì)（超）低碳鋼連鑄開澆頭坯的潔凈度[5,8,10,12-14,17,20-24]展開了很多研究.朱國(guó)森等[5]和袁方明等[8]對(duì)不同澆鑄階段的IF 鋼連鑄坯潔凈度水平進(jìn)行了定量化研究，研究結(jié)果表明澆鑄初期鋼水存在二次氧化及較大程度的增碳現(xiàn)象，開澆坯[C]、T[O]、[N]含量遠(yuǎn)高于其他類型連鑄坯，而且開澆坯內(nèi)存在較大尺寸的簇群狀A(yù)l2O3夾雜，在各類非穩(wěn)態(tài)連鑄坯中，頭坯品質(zhì)最差，不能用于生產(chǎn)有表面質(zhì)量要求的汽車、家電等冷軋鋼板.高攀等[12]針對(duì)IF 鋼連鑄過(guò)程，研究了頭坯、尾坯和換水口坯等非穩(wěn)態(tài)連鑄坯潔凈度特征，研究同樣發(fā)現(xiàn)頭坯[C]、T[O]、[N]含量比其他鑄坯高，T[O]含量為正常坯水平的2.4 倍以上，各類型非穩(wěn)態(tài)坯中，大型夾雜物含量最高的是頭坯.彭其春等[20]進(jìn)行了針對(duì)低碳鋼同一澆次階段鑄坯（頭坯、正常坯和尾坯）的潔凈度水平的研究，研究表明開澆時(shí)鋼水的二次氧化嚴(yán)重，而澆鑄末期鋼水二次氧化較輕，開澆和澆鑄末期由于拉速波動(dòng)導(dǎo)致結(jié)晶器卷渣嚴(yán)重.肖鵬程等[13]對(duì)某鋼廠IF 鋼穩(wěn)態(tài)坯及非穩(wěn)態(tài)坯潔凈度水平進(jìn)行了對(duì)比研究，研究發(fā)現(xiàn)開澆頭坯潔凈度最差，主要是由于開澆時(shí)鋼水在中間包內(nèi)發(fā)生較為嚴(yán)重二次氧化，而鋼包交換和更換浸入式水口時(shí)鋼水受到的空氣二次氧化較小，但是鋼渣反應(yīng)和卷渣行為較為嚴(yán)重.此外，尾坯潔凈度受到空氣二次氧化和卷渣的共同影響.Wang 等[17]和陳霄等[21]通過(guò)對(duì)頭坯不同位置進(jìn)行取樣研究了IF 鋼開澆階段鑄坯沿拉坯方向的潔凈度變化，研究結(jié)果表明IF 鋼開澆階段鑄坯中大型夾雜物主要來(lái)源于結(jié)晶器卷渣和中間包中來(lái)不及上浮的脫氧或二次氧化產(chǎn)物.劉增勛等[22]對(duì)IF 鋼開澆爐次板坯潔凈度進(jìn)行了研究，并通過(guò)示蹤試驗(yàn)對(duì)開澆坯中夾雜物的來(lái)源進(jìn)行了分析，研究結(jié)果表明頭坯潔凈度受鋼包渣和中間包渣影響較大.隨著澆鑄進(jìn)行，連鑄坯潔凈度有較大的改善，在距引錠頭部28 m 處連鑄坯潔凈度已達(dá)到正常水平.黃淑媛等[24]通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算結(jié)合夾雜物表征的方法分析了不同澆鑄狀態(tài)的IF 鋼連鑄坯的夾雜物水平，研究發(fā)現(xiàn)由于澆鑄初期發(fā)生二次氧化，導(dǎo)致頭坯中尺寸大于5 μm 的Al2O3、TiN 夾雜物含量遠(yuǎn)高于其他類型非穩(wěn)態(tài)連鑄坯和正常澆鑄坯.

由此可以看出，目前已有的關(guān)于非穩(wěn)態(tài)連鑄坯潔凈度的研究主要集中在頭坯或非穩(wěn)態(tài)澆鑄過(guò)程連鑄坯夾雜物及鋼中元素的特征規(guī)律及其隨澆鑄時(shí)間的演變規(guī)律.大量的研究也得出一個(gè)共識(shí)性結(jié)論，即頭坯或開澆坯潔凈度水平最低、質(zhì)量最差，一般需做判廢處理.本文研究了IF 鋼非穩(wěn)態(tài)開澆階段連鑄坯的潔凈度水平，分析了IF 鋼開澆階段不同拉速變化曲線條件下連鑄坯沿拉坯方向的潔凈度變化規(guī)律，結(jié)合數(shù)值模擬計(jì)算找出了IF 鋼開澆階段的最佳拉速變化曲線，通過(guò)本文的研究，對(duì)系統(tǒng)評(píng)價(jià)IF 鋼連鑄坯的潔凈度、改善開澆操作工藝、優(yōu)化鑄坯定尺切割和判定鑄坯“報(bào)廢”、“降級(jí)”有一定的指導(dǎo)意義.

1 取樣及研究方法

1.1 工藝條件

試驗(yàn)用IF 鋼冶煉工藝流程為：鐵水預(yù)處理—150 t 頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐—RH 真空精煉—板坯連鑄.為了研究IF 鋼開澆階段不同拉速對(duì)開澆坯潔凈度水平的影響，本文采取了三種開澆拉速控制工藝，如圖1 所示，開澆時(shí)，結(jié)晶器和二冷區(qū)的三種開澆模式均采用一致的保護(hù)水量和保護(hù)渣類型，所對(duì)應(yīng)的爐次過(guò)熱度偏差在5 ℃以內(nèi).

圖1 開澆階段三種拉速工藝曲線Fig. 1 Variations in casting speed at the initial casting stage

三種開澆階段拉速變化工藝所對(duì)應(yīng)的爐次中間包鋼水化學(xué)成分如表1 所示.A 代表勻速開澆工藝爐次，B 代表前快后慢工藝爐次，C 代表前慢后快工藝爐次，可見(jiàn)三個(gè)爐次鋼水成分差別不大.

表1 IF 鋼中間包鋼水樣化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Table 1 Chemical components of IF steel samples obtained in the tundish（mass fraction） %

1.2 取樣及分析方法

本文試驗(yàn)鑄坯斷面為1260 mm×230 mm.對(duì)每爐開澆鑄坯的前1.5 m 進(jìn)行切除，從頭坯邊部的1.5 m 至11.5 m 處進(jìn)行縱切，每塊鑄坯得到1 流100 mm×230 mm×10 m 的鑄坯.然后在100 mm×230 mm×10 m 鑄坯的頭部開始每隔500 mm 取50 mm厚度的試樣，試樣的尺寸為100 mm×230 mm×50 mm，如圖2 所示.同時(shí)，在頭爐的第4 塊坯頭部位置邊部取100 mm×230 mm×50 mm 試樣，作為正常坯進(jìn)行對(duì)比分析.

圖2 鑄坯取樣示意圖Fig. 2 Sampling and sample-machining diagram

在所取每塊鑄坯試樣內(nèi)弧1/4 處切取兩根φ 5 mm×25 mm 規(guī)格棒樣，采用TCH600（LECO）氮?dú)溲醴治鰞x進(jìn)行鋼中T[O]、[N]分析.在相鄰位置切取10 mm×10 mm×10 mm 規(guī)格的立方體樣品制備金相，使用配有INCA Feature 夾雜物自動(dòng)分析功能的卡爾蔡司EVO18 掃描電鏡（SEM）分析試樣中顯微夾雜物成分與數(shù)量.

將剩余鑄坯制成50 mm×50 mm×115 mm 規(guī)格的試樣進(jìn)行無(wú)水電解分析.電解過(guò)程如圖3 所示，電解液由體積分?jǐn)?shù)為99.9%無(wú)水乙醇和 FeCl3配制.電解過(guò)程中試樣為陽(yáng)極，不銹鋼圈為陰極，將陽(yáng)極放在由孔隙直徑為50 μm 的尼龍布所制成的濾網(wǎng)內(nèi)，從而保證直徑大于50 μm 的夾雜物完全保留在陽(yáng)極泥中.電解完成后，收集尼龍布濾網(wǎng)中陽(yáng)極泥，陽(yáng)極泥經(jīng)多次淘洗、過(guò)濾后干燥，獲得鋼中大顆粒夾雜物.

圖3 鋼樣無(wú)水電解裝置示意圖Fig. 3 Schematic of electrolytic device

2 結(jié)果及討論

2.1 連鑄坯中T[O]和[N]含量分析

IF 鋼開澆過(guò)程中，三種不同提拉速工藝條件下頭坯不同位置試樣中T[O]和[N]含量變化如圖4所示.由圖4 可以看出，頭坯頭部位置T[O]和[N]含量均較高，T[O]含量接近40×10-6，[N]含量超過(guò)40×10-6，沿著拉坯方向頭坯中T[O]和[N]含量呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，距離頭坯頭部6 m 左右T[O]含量約為13×10-6，已接近正常坯水平，距離頭坯頭部7 m 左右[N]含量約為19×10-6，接近正常坯水平.需要指出的是，這里的正常坯（后文作圖均用normal 代替）是常規(guī)生產(chǎn)條件下不包含頭尾坯的鑄坯，文中所有試驗(yàn)條件下取樣測(cè)定結(jié)果均與正常坯做相應(yīng)對(duì)比.

圖4 不同拉速工藝條件下頭坯T[O] (a)和[N] (b)含量變化Fig. 4 Variations in T[O] (a) and [N] (b) in slab along casting direction under different casting speed curves

開澆階段IF 鋼鋼液從鋼包經(jīng)長(zhǎng)水口流至中間包內(nèi)并由中間包經(jīng)浸入式水口流至結(jié)晶器的過(guò)程中，都會(huì)存在空氣卷入鋼液發(fā)生二次氧化，進(jìn)而造成鋼中全氧含量和氮含量的增加.因此，開澆前段所對(duì)應(yīng)的鑄坯T[O]和[N]含量均較高，而隨著后續(xù)中包覆蓋劑和結(jié)晶器保護(hù)渣的加入，以及中包液面和結(jié)晶器液面的穩(wěn)定，穩(wěn)定的渣層有效地組織了鋼液與空氣的接觸，有效減輕或避免了鋼液的二次氧化.

另外，對(duì)比圖4 中三種開澆提拉速工藝下連鑄坯中T[O]和[N]的差異可以看出，開澆過(guò)程拉速變化對(duì)連鑄坯中T[O]和[N]的變化趨勢(shì)影響不明顯，這可能是由于鋼水二次氧化主要發(fā)生在中間包充包過(guò)程，該過(guò)程并不拉坯，而且提拉速初期三種工藝?yán)僦凳且恢碌?，因此開澆提拉速工藝對(duì)于連鑄坯中T[O]和[N]含量的影響不明顯.此外，拉速的變化幅度對(duì)夾雜物在中間包和結(jié)晶器里的停留時(shí)間影響不大，從而可能導(dǎo)致鋼液中夾雜物上浮去除效果無(wú)明顯區(qū)別.

2.2 連鑄坯中顯微夾雜物分析

通過(guò)對(duì)試樣進(jìn)行INCA Feature 夾雜物自動(dòng)分析掃描，得出頭坯不同部位的試樣中顯微夾雜物尺寸和數(shù)量分布.根據(jù)所得分析結(jié)果，經(jīng)公式（1）計(jì)算得出各試樣的夾雜物指數(shù)：

其中，di為被檢測(cè)到夾雜物的等效圓直徑，μm；n為試樣中被檢測(cè)到的夾雜物的總數(shù)量；S為試樣的分析面積，μm2；B為夾雜物的平均或等效尺寸，μm，本文中B取值為5 μm.夾雜物指數(shù)I所代表的意義為將試樣中所有被檢測(cè)到的夾雜物根據(jù)其截面積折算為5 μm 夾雜物，即單位面積內(nèi)5 μm 夾雜物的個(gè)數(shù).

IF 鋼開澆過(guò)程中，三種不同提拉速工藝條件下頭坯不同位置試樣中顯微夾雜物數(shù)量密度變化趨勢(shì)如圖5 所示.由圖5 中可以看出，頭坯中顯微夾雜物數(shù)量密度沿著拉坯方向呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì).距離頭坯頭部7.5 m 后，連鑄坯中顯微夾雜物數(shù)量較頭坯頭部顯微夾雜物水平有明顯的改善，且其后連鑄坯中顯微夾雜物數(shù)量基本穩(wěn)定不再有明顯變化.距離頭坯頭部8 m 左右顯微夾雜物數(shù)量約為11 mm-2,接近正常坯水平.頭坯前段連鑄坯對(duì)應(yīng)開澆前期，受二次氧化影響夾雜物會(huì)增加，另外該部分鋼水在中包內(nèi)的相對(duì)停留時(shí)間短，夾雜物的上浮也不充分，從而導(dǎo)致頭坯沿拉坯方向夾雜物數(shù)量前段多后段少.另外，從圖5 中也可以看出，IF 鋼開澆過(guò)程中提拉速工藝對(duì)連鑄坯中顯微夾雜物數(shù)量的變化影響不大，這可能與拉速變化對(duì)連鑄坯中T[O]和[N]變化趨勢(shì)影響不明顯的原因類似.而且，已有大量研究表明鋼中T[O]和顯微夾雜物基本呈現(xiàn)相互對(duì)應(yīng)關(guān)系.

圖5 不同拉速工藝條件下顯微夾雜物數(shù)量變化Fig. 5 Variations in microinclusion number density in the slab along casting direction under different casting speed curves

2.3 連鑄坯中大型夾雜物分析

IF 鋼開澆過(guò)程中，三種不同提拉速工藝條件下頭坯不同位置試樣中大型夾雜物數(shù)量密度變化如圖6 所示.從圖6 中可以看出，開澆采取勻速工藝時(shí)，鑄坯中大型夾雜物的含量由0.833 mg·kg-1快速降低，在距離頭坯頭部約3.5 m 處時(shí)達(dá)到0.187 mg·kg-1，與正常水平的0.174 mg·kg-1基本相當(dāng)；但在距離頭坯頭部約5.5 m 處時(shí)急劇增加，在5.5～7.5 m 范圍內(nèi)存在一定程度降低，約7.5 m 后有一定變化但趨于穩(wěn)定.頭坯頭部大型夾雜物含量高是因?yàn)?，開澆前期中包和結(jié)晶器液面覆蓋不好，鋼水發(fā)生二次氧化嚴(yán)重，以及中間包和結(jié)晶器液面波動(dòng)大發(fā)生卷渣所至.而在3.5 m 處對(duì)應(yīng)的是中包和結(jié)晶器液面已覆蓋，且鋼液液面趨于穩(wěn)定時(shí)狀態(tài)，另外，該部分鋼水在中包內(nèi)停留時(shí)間短，小顆粒夾雜還來(lái)不及碰撞長(zhǎng)大，因此大型夾雜物較少.5.5～7.5 m 位置對(duì)應(yīng)的鋼水在中包內(nèi)有一定的停留時(shí)間，此時(shí)小顆粒夾雜物相互碰撞長(zhǎng)大，但還未來(lái)得及上浮排除.7.5 m 后中包內(nèi)鋼液處于穩(wěn)定澆鑄狀態(tài)，與正常時(shí)一樣.雖然拉速有所變化，但變化幅度較小對(duì)結(jié)晶器內(nèi)的流場(chǎng)影響不大，因此，也基本趨于正常澆鑄狀態(tài).頭坯不同位置的主要類型大型夾雜物質(zhì)量分?jǐn)?shù)如圖7 所示，可以看出開澆時(shí)頭坯頭部卷渣類夾雜物（中間包覆蓋劑、結(jié)晶器保護(hù)渣所形成夾雜物）所占比例明顯高于其他部位，這也說(shuō)明開澆時(shí)刻中間包、結(jié)晶器內(nèi)鋼水存在著嚴(yán)重的卷渣現(xiàn)象.

圖6 不同拉速工藝條件下大型夾雜物含量變化Fig. 6 Variations in macroinclusion mass fraction in the slab along casting direction under different casting speed curves

圖7 不同拉速工藝條件下頭坯不同位置卷渣類大型夾雜物質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig. 7 Mass fraction of inclusions originated from slag entrainment in first slab samples

開澆采取前快后慢工藝時(shí)，鑄坯中大型夾雜物的含量由0.731 mg·kg-1快速降低，在距離頭坯頭部5.5 m 附近達(dá)到0.225 mg·kg-1，與正常水平的0.203 mg·kg-1基本相當(dāng)，而在3.5 m 處大型夾雜物含量稍高于正常水平；但在距離頭坯頭部6.5 m 處時(shí)有一定波動(dòng)，之后基本穩(wěn)定在正常水平.可能是前期拉速較勻速工藝要快，在中包內(nèi)夾雜物碰撞長(zhǎng)大未及時(shí)上浮，造成較多的夾雜物進(jìn)入結(jié)晶器另外，雖然在低速時(shí)提速幅度較大，但對(duì)結(jié)晶器液面波動(dòng)影響較小[25]，從而潔凈度并未發(fā)生明顯惡化.

開澆采取前慢后快工藝時(shí)，鑄坯中大型夾雜物的含量由0.647 mg·kg-1快速降低，在距離頭坯頭部5.5 m 附近達(dá)到0.205 mg·kg-1與正常水平的0.194 mg·kg-1基本相當(dāng)，且在5.5～7.5 m 范圍內(nèi)基本穩(wěn)定；但在距離頭坯頭部7.5～11.5 m 范圍內(nèi)均有小幅波動(dòng)，沒(méi)有達(dá)到正常水平.頭坯頭部大型夾雜物含量較勻速和前快后慢工藝低，可能是前期拉速較低的時(shí)間較長(zhǎng)，開澆前期發(fā)生二次氧化和卷渣的鋼水停留時(shí)間長(zhǎng)，大型夾雜物上浮去除量較多所至.而在6 m 之后大型夾雜物含量小幅波動(dòng)，且含量較高，是因?yàn)楹笃谔崴佥^快，在高速階段拉速波動(dòng)大，結(jié)晶器液面劇烈波動(dòng)，導(dǎo)致卷渣[25].

對(duì)比三種工藝可知，勻速、前快后慢、前慢后快三種拉速工藝大型夾雜物均在距離頭坯頭部3.5～5.5 m 左右達(dá)到正常坯水平，但之后均存在不同程度的大型夾雜物數(shù)量波動(dòng)現(xiàn)象.其中，前快后慢工藝影響范圍最小，在6.5 m 后均達(dá)到正常水平，而需要“降級(jí)”或“報(bào)廢”的量最??；勻速模式7.5 m 后達(dá)到正常水平；而前慢后快模式后期大型夾雜物波動(dòng)較大，需要“降級(jí)”或“報(bào)廢”的量最大.

2.4 開澆過(guò)程結(jié)晶器內(nèi)液面波動(dòng)的數(shù)值模擬計(jì)算

為了進(jìn)一步闡述開澆過(guò)程中提高拉速對(duì)開澆坯潔凈度的影響，針對(duì)所研究的連鑄機(jī)，本文通過(guò)VOF（Volume of fluid）多相流模型對(duì)開澆過(guò)程結(jié)晶器內(nèi)鋼液、保護(hù)渣層的多相流動(dòng)和液面波動(dòng)特征進(jìn)行了CFD（Computational fluid dynamics）數(shù)值模擬計(jì)算，具體數(shù)學(xué)模型及邊界條件設(shè)定見(jiàn)已發(fā)表文獻(xiàn)[26-28].其中，需要指出的是浸入式水口入口速度根據(jù)圖1 的拉速變化曲線換算得出，為隨時(shí)間變化的速度入口邊界條件.

圖8 給出了通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算所得的三種開澆提拉速工藝條件下，結(jié)晶器厚度中心線不同部位（浸入式水口附近、寬度1/4 處及結(jié)晶器窄邊附近）鋼-渣界面波動(dòng)值隨時(shí)間變化的曲線.由圖8可以看出，開澆過(guò)程中三種開澆提拉速工藝條件下不同部位的液面波動(dòng)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)基本是一致的，開始澆鑄時(shí)（t=0 s）液面波動(dòng)值較大.其后液面波動(dòng)逐漸減弱到較小的一個(gè)值并保持較長(zhǎng)時(shí)間.所不同的是，該段時(shí)間（液面波動(dòng)較?。﹥?nèi)水口附近的液面是在初始液面上下波動(dòng)，而寬度1/4 部位和窄邊附近處的液面波動(dòng)是分別低于和高于初始液位的.經(jīng)過(guò)該段時(shí)間后，結(jié)晶器不同部位的液面波動(dòng)進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài).此外，還可以看出進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定波動(dòng)狀態(tài)所經(jīng)歷時(shí)間，前快后慢工藝經(jīng)歷時(shí)間最短，勻速工藝次之，而前慢后快工藝經(jīng)歷時(shí)間最長(zhǎng).液面波動(dòng)狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定后，窄邊附近波動(dòng)幅度最大，水口附近次之，而寬度1/4 處波動(dòng)幅度最小.而對(duì)比相對(duì)穩(wěn)定后三種開澆提拉速工藝條件的液面波動(dòng)幅度可以看出，前慢后快工藝的波動(dòng)幅度最大，勻速工藝次之，前快后慢工藝波動(dòng)幅度最小.

圖8 開澆過(guò)程不同拉速工藝條件下結(jié)晶器液面波動(dòng)的數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果.(a) 勻速工藝;(b) 前快后慢工藝;(c) 前慢后快工藝Fig. 8 Level fluctuation of steel-slag interface in mold during initial casting stage: (a) uniform;(b) fast and then slow;(c) slow and then fast

基于以上結(jié)果分析，在鋼渣界面液面波動(dòng)較小的時(shí)間段內(nèi)，鋼渣界面不活躍會(huì)造成保護(hù)渣熔化不良、結(jié)冷鋼，進(jìn)而導(dǎo)致連鑄坯表面出現(xiàn)表面夾渣現(xiàn)象.而液面波動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定階段，若液面波動(dòng)過(guò)大，會(huì)造成結(jié)晶器內(nèi)鋼液卷渣，降低連鑄坯表層的潔凈度.而前快后慢的提拉速工藝條件下，使得鋼渣界面在較短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定階段，隨后又經(jīng)歷了較小的波動(dòng)幅度，這樣會(huì)使得以這種方式產(chǎn)生的頭坯潔凈度更快的接近正常坯潔凈度水平，這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的.

由圖8 可知，勻速、前快后慢和前慢后快三種開澆模式分別在約600、430 和900 s 處液面波動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定區(qū)域.圖9 給出了開澆過(guò)程澆鑄時(shí)間與拉坯長(zhǎng)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以看出勻速、前快后慢和前慢后快三種開澆模式下液面開始穩(wěn)定的時(shí)間點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的拉坯長(zhǎng)度分別為6.8、5 和10.8 m，與檢測(cè)分析的頭坯達(dá)到正常潔凈度水平的長(zhǎng)度（7、5.5、10 m）基本一一對(duì)應(yīng).

圖9 開澆過(guò)程澆鑄時(shí)間與拉坯長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)關(guān)系Fig. 9 Variation in casting length with pouring time during initial casting stage

3 結(jié)論

本文采用現(xiàn)場(chǎng)取樣、檢測(cè)分析及數(shù)值模擬計(jì)算相結(jié)合的方法，研究了IF 鋼非穩(wěn)態(tài)開澆階段連鑄坯的潔凈度水平，分析了IF 鋼開澆階段不同拉速變化條件下連鑄坯沿拉坯方向的潔凈度變化規(guī)律，具體所得結(jié)論如下：

(1) 沿拉坯方向頭坯T[O]和[N]含量呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，距離頭坯頭部6 m 處的T[O]含量約為13×10-6，接近正常坯水平，距離頭坯頭部7 m 處的[N]含量約為19×10-6，接近正常坯水平，開澆工藝影響不大；

(2) 沿拉坯方向頭坯顯微夾雜物數(shù)量呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，在距離頭坯頭部7 m 處約為1.9 mm-2，接近正常水平，開澆工藝影響不大；

(3) 勻速、前快后慢、前慢后快三種拉速工藝大型夾雜物均在距離頭坯頭部2 m 達(dá)到正常坯水平，但之后均存在不同程度的大型夾雜物數(shù)量波動(dòng)現(xiàn)象，其中，前快后慢工藝影響范圍最小，在5.5 m后均達(dá)到正常水平，從而需要“降級(jí)”或“報(bào)廢”的量最?。?/p>

(4) 通過(guò)數(shù)值計(jì)算發(fā)現(xiàn)，開澆過(guò)程中三種開澆提拉速工藝條件下不同部位的液面波動(dòng)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)基本是一致的，開始澆鑄時(shí)液面波動(dòng)值較大，其后液面波動(dòng)逐漸減弱到較小的一個(gè)值并保持較長(zhǎng)時(shí)間，最終結(jié)晶器不同部位的液面波動(dòng)進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài).前快后慢的提拉速工藝條件下產(chǎn)生的頭坯潔凈度更快地接近正常坯潔凈度水平.