1、书书书作者简介:张新文(1980 )男，硕士，高级工程师;E-mail:15051719859163 com;收稿日期:2022-09-15DOI:10 20057/j 1003-8620 2022-00103连铸开浇首炉二次氧化程度对比与分析张新文，施嘉凯，汪德伟，轩康乐，刘永，孟祥岩(江苏永钢集团有限公司特钢公司，苏州 215628)摘要:对比了两种不同中间包氩气置换方式的效果，方案一采用氩气杆的方式置换中间包内腔的空气，方案二采用中间包盖氩气管和氩气杆的共同作用的方式置换中间包内的空气。选择相同的钢种、规格、置换时间及管道压力，开展工艺试验。通过比较得出:(1)方案二更能有效地置换中间包
2、内腔的空气，减少二次氧化的概率;(2)方案二的氧含量、氮含量、Als/Alt、钢中夹杂物等指标均优于方案一，说明方案二的保护浇注效果更好;(3)方案二可有效预防10 m以下夹杂物的产生，尤其是 2 mX 5 m 的小颗粒夹杂物。关键词:首炉;二次氧化;洁净度;夹杂物Comparison and Analysis of Secondary OxidationDegree in the First Heat of Continuous CastingZhang Xinwen，Shi Jiakai，Wang Dewei，Xuan Kangle，LiuYong，Meng Xiangyan(Specia
3、l Steel Company，Jiangsu Yonggang Group Co，Ltd，Suzhou 215628)Abstract:Compares the effects of two different tundish argon replacement methods，scheme uses the argon rod to re-place the air in the inner cavity of the tundish，and scheme uses the joint action of argon gas pipe and argon rod on thetundish
4、 cover to replace the air in the tundish Select the same steel grade，specification，replacement time and pipelinepressure to carry out the process test Through comparison:(1)scheme can more effectively replace the air in the innercavity of the tundish and reduce the probability of secondary oxidation
5、;(2)The oxygen content，nitrogen content，Als/Alt，inclusions in steel and other indicators of scheme is better than those of scheme，indicating that the protectivecasting effect of scheme II is better;(3)Scheme can effectively prevent the formation of inclusions below 10 m，espe-cially small particle in
6、clusions in the range of 2 m X 5 mKey Words:First Heat;Secondary Oxidation;Cleanliness;Inclusion钢的洁净度对产品质量有较大影响，经过初炼、精炼、真空脱气等工序后形成洁净度较高的钢水，进入连铸工序后，首炉总会有一段时间的敞开浇注，使钢水受到污染。钢水污染后 T O、N 含量会有不同程度增加，形成的非金属夹杂物影响钢材的疲劳寿命。车载气瓶用 4130X 钢主要盛装 H2、CNG等气体，使用频率达 1 5 万次，对钢材的疲劳寿命有较高的要求。冶金工作者对连铸首炉非金属夹杂物分布、氧含量、氮含量等进行了不同
7、程度的研究。孙彦辉等1 认为开浇阶段中间包内腔空气对钢水二次氧化是主要原因。杨文等2 认为开浇阶段钢水的二次氧化很大程度是由中间包耐火材料及覆盖渣等因素造成，也有研究发现开浇阶段中间包内腔空气和耐火材料都会引起钢水的二次氧化3。杨克枝等4 研究了开浇前中间包充氩对氧、氮、夹杂物密度及尺寸的影响，但对于充氩效果及改进方法缺乏系统性研究。本文通过比较不同的充氩方案，系统性研究开浇前不同氩气吹扫方式对铸坯质量的影响。1研究方法1 1工艺路线与试验方案以 500 mm 规格车载气瓶用 4130X 钢连铸圆坯首炉为研究对象，生产工艺流程为:高炉铁水+废钢100 t 电弧炉冶炼LF 精炼VD 真空精炼17
8、m弧形连铸(4 机 4 流)。开浇前，采用两种方案向中间包内腔中充氩气吹扫以降低钢水二次氧化程度，见表 1 所示。试验炉次的熔炼成分见表 2 所示。具体操作为:中间包烘烤结束后，立即开通氩气，氩气压力调整至最大1 2 MPa。方案一，采用三支氩气杆插入烘烤孔进行充氩，直至中间包钢液平稳，覆盖剂加入后停止吹氩。方案二，为改善首炉保护效果，设计了一种带氩65第 44 卷第 2 期特殊钢Vol 44 No 22023 年 4 月SPECIAL STEELApril2023气管路的中间包盖板，并结合氩气杆，在开浇前向中间包内腔充氩，如图 1 所示。带氩气管路的中间包盖有 6 个氩气接入孔，共连接 40
9、 个出气孔。为比较两种方案实施效果，分别从距离勾头不同位置处取样，如图 2 所示。取样厚度为 100 mm，分别命名为 1#4#样。从试样 1/2 半 径 处 取150 mm 150 mm，锻造为 60 mm 60 mm。从锻棒一端切除长度 100 mm 的热影响区后，再从锻棒中心取样检测氧、氮、Als、Alt、洁净度等指标。表 1两种吹氩方案Table 1Two argon blowing schemes吹氩方案吹氩方式方案一三支氩气杆排空方案二三支氩气杆排空+中间包氩气管排空表 24130X 钢熔炼成分/%Table 24130X steel melting composition/%方案
10、CSiMnPSCrNiCuMoVAl一0290240 83000800040990020020210 0030027二0300250 81000700040990020020210 0040027图 1中间包盖氩气吹入位置Fig 1Argon blowing position of tundish cover图 2距勾头取样位置/mmFig 2Sampling position from hook head/mm1 2检测分析方法在本研究中，使用以下仪器对试样进行分析:(1)采用日本堀场氧氮氢分析仪 EMGA-930 检测钢中的氧氮含量;(2)采用美国赛默飞世尔 AL4460 直读光谱仪分析钢
11、的化学成分;(3)采用美国赛摩飞科技公司 Explorer4 型夹杂物自动分析仪扫描钢中的夹杂物颗粒数及分析典型夹杂物的化学成分。2结果分析与讨论2 1两种吹氩方式下铸坯氧氮含量对比文献 5-8 指出，钢中全氧含量是评价钢洁净度水平和夹杂物水平的指标之一，氮含量可反映钢液吸入空 气 的 程 度。在 1#4#锻 棒 上 取 样，按 照GB/T 11261-2006、GB/T 20124-2006 标准检测氧和75第 2 期张新文等:连铸开浇首炉二次氧化程度对比与分析氮含量，即 T O 和 T N，检测结果如图 3 所示。可以看出:(1)按照距勾头的顺序，两种方案的1#4#样氧、氮含量均依次降低，
12、说明越靠近勾头部位，钢液吸入的空气越多;(2)比较两种方案，勾头部分氧氮含量降低幅度最大，与方案一相比，方案二氧含量降低了(9 10)106，氮含量降低了(4 5)106。图 3两种方案氧氮含量检测结果Fig 3Oxygen and nitrogen content test results of two schemes2 2Als/Alt 的比较采用溶解铝(Als)和全铝(溶解铝+氧化铝)的比值来衡量二次氧化的效果。在 1#4#样锻棒中心位置取样，按照 GB/T 4336-2016 标准检测 Al 和Als，并通过 Als/Alt 的比值来衡量铝损情况，如图 4所示。可以看出，(1)两种方案
13、下，1#4#样 Als/Alt均呈现逐渐增加的趋势，其中 1#的 Als/Alt 最低，即铝损越大，说明开浇时部分铝被氧化;(2)对于相同部位的试样，方案二的 Als/Alt 均比方案一的大，说明前者的保护浇注效果较好。2 3洁净度的比较2 3 1富 Al 夹杂物的分布密度当夹杂物尺寸较小时，由于难以分辨钢中的含Al 夹杂物是来自精炼的脱氧产物还是开浇时的二次氧化产物，本文就以富铝夹杂物(CaOAl2O3，CaO2Al2O3，CaO6Al2O3)为研究对象，视场面积为70mm2，检测夹杂物颗粒数量及密度，如图5所图 4两种方案 Als 和 Alt 的比值Fig 4atio of Als and
14、 Alt in two schemes图 5两种方案富 Al 夹杂物分布密度Fig 5Distribution density of Al rich inclusions in two schemes示。可以看出:(1)两种方案的富铝夹杂物在 1#4#样上均呈下降趋势，其中越靠近勾头部位，夹杂物密度越高;(2)方案二中富铝夹杂物分布密度明显低于方案一。2 3 2富 Al 夹杂物颗粒数量统计朱正海等 9 研究了中间包内不同挡墙和挡坝对夹杂物去除的效果，结果表明中间包挡墙和挡坝对10 m 以下夹杂物颗粒的去除力度较小。在相同部位上取样，检测富铝夹杂物尺寸的大小，如图 6 所示。可以看出:(1)方案
15、一 1#4#样中，富 Al 夹杂物颗粒均比方案二多，说明方案一钢水的二次氧化更为严重;(2)两种方案中 85%以上的富 Al 颗粒尺寸都在10 m 以下，与文献 9 观点较为吻合;(3)与方案一相比，方案二中尺寸在10 m 以下的颗粒数量降幅比较明显，尤其是颗粒尺寸2 mX 5 m 的夹杂物，85特殊钢第 44 卷图 6两种方案不同取样位置的夹杂物数量Fig 6Number of inclusions at different sampling positions in the two schemes1#4#样的降幅分别为 38%、14%、81%、90%，说明方案二可有效预防 10 m 以下夹
16、杂物的产生。2 3 3夹杂物形貌肖鸿光在研究 25Mn 钢 B 类夹杂物时发现，当B 类夹杂物大于 15 m 时，油缸内壁高速刮滚时是致命的缺陷，容易出现烂斑、白点缺陷10。两种方案 1#样的典型夹杂物形貌如图 7 所示，横坐标表示能量，单位为 keV，纵坐标表示计数率。可以看出:(1)方案一的夹杂物呈断续状，经 X 射线能谱分析为主要为 Al2O3、MgO 及少量的 Na、Ca、Cr 等复合型夹杂物，方案二的夹杂物主要 Al2O3、CaS、MgO 及少量的 Ca、Mn、Cr 等复合型夹杂物。(2)方案一的夹杂图7两种方案夹杂物形貌及 X 射线扫描结果:(a)方案一，(a)方案二Fig7Inclusion morphology and X ray scanning results of the two schemes:(a)scheme，(b)scheme95第 2 期张新文等:连铸开浇首炉二次氧化程度对比与分析物长度较大，对后续产品加工及质量的影响较大，而方案二的夹杂物长度较小，对后续产品加工及质量的影响较小。3中间包氩气置换理论分析两种方案在实施过程中，充氩时间和管道压力均未调整，