薄板坯非金属夹杂物的类型和来源分析

郭海峰，张志克，张瑞忠

（1.河钢集团邯钢公司连铸连轧厂，河北 邯郸 056015；2.河钢集团钢研总院，河北 石家庄 050023 ）

连铸对钢水成分的要求包括成分的稳定性、可浇性、抗裂纹敏感性和纯净度。纯净度是指钢中非金属夹杂物的数量、大小、形态和分布。随着连铸技术水平的发展，纯净度得到了很大提高。非金属夹杂物呈细小化的趋势，这些细小的夹杂物对钢的性能的破坏作用，不仅可以降低甚至消除，还可以有效地细化晶粒。为了对非金属夹杂物的类型和来源有一个全面的认识，需要对非金属夹杂物进一步研究，从而能更好地利用非金属夹杂物。

1 夹杂物类型

非金属夹杂物可分为硫化物、氧化铝系、硅酸盐系和铝酸盐系等。连铸机的类型对夹杂物的分布有重要影响：水平连铸机的夹杂物上浮困难；弧形连铸机的夹杂物一般聚集在内弧的1/4 处；立弯式连铸机夹杂物分布均匀且容易上浮去除。

本文主要分析河钢集团邯钢公司（以下简称邯钢）CSP 立弯式连铸机铸坯中夹杂物的类型和来源。

CSP 的钢水主要来自邯钢三炼钢厂，冶炼流程是顶底复吹转炉—LF 精炼—CSP。转炉采用的是挡渣出钢，精炼是铝脱氧和钙处理工艺。CSP 钢包带有下渣检测，中包采用的是挡渣墙和挡渣坝的结构，满包容量是32 t。钢水从钢包到结晶器全程采用保护浇铸，这些可以减少很大一部分夹杂物。但是钢水凝固过程中再析出是无法避免的，铸坯总是含有一定数量的夹杂物。

通过邯钢技术中心，从CSP 经常浇铸的钢种随机选取了1 炉SPHCZ、1 炉QStE420TM、1 炉SS400和1 炉D44 共8 块铸坯样。对其铸坯中夹杂物进行电镜扫描实验。根据其实验可分析出：夹杂物的类型多是直径在50 μm 以上的大型夹杂物，80～300 μm的占90%以上；有的是不规则多面体和块状，表面凹凸不平；也有的是球状和小块状，表面多有小孔，如图1 所示。

图1 部分夹杂物形貌

再将这些夹杂物制作成试样。利用电镜对其形貌和成分进行分析，得到夹杂物具体形貌和能谱分析，如图2 所示。

图2 夹杂物形貌和能谱分析图

2 夹杂物来源分析

根据现场实际生产情况，结合理论知识，对夹杂物主要来源分析如下：

1） 图2-1 所示为CaO-MgO-Al2O3三元系夹杂物，含量在60%以上，直径大于50 μm，可以判定夹杂物是脱氧产物和精炼渣复合作用产物，或者是钢水与空气二次氧化的产物。

2）图2-2 所示为点状Al2O3夹杂，出钢时用铝脱氧生成的脱氧产物，没有完全排除而留在钢中。也有可能是钢水中溶解的[Al]与水口内表面的SiO2发生还原反应生成的Al2O3附着于水口壁上。此类夹杂容易通过碰撞聚集形成固态串簇状，在连铸过程中极易造成水口结瘤。有时候塞棒一直上涨，或者结晶器液面波动大，有很大可能就是此类夹杂大量聚集在SEN 水口内测造成的。

3）图2-3 所示为硅铝脱氧的产物，多是脱氧不彻底的产物。

4）图2-4 所示为CaO-MgO 夹杂：形状特殊、尺寸较大、成分和耐火材料相近，且中间包是镁质涂层，可以判定为耐火材料的侵蚀物。

5）夹杂物中还含有一定量的钾、钠等保护渣成分元素，可以判定为保护渣卷入钢水。应该引起注意，在中包液面稳定性和捞渣操作上需要进一步改进。

6）此外还含有少量的A 类硫化物夹杂。

3 结论

根据实验分析结果可知，非金属夹杂物来源一般是外来夹杂和内生夹杂。内生夹杂多是合金元素参与氧化还原反应生成的产物，也是夹杂的主要来源，占到80%左右。此类夹杂分布比较均匀，粒度较小。外来夹杂物多不规则，粒度较大。

钢中非金属夹杂物的含量虽然很低，但对质量的影响却不可忽视。通过对非金属夹杂物的特征进行分析和研究、对非金属夹杂物的含量以及性能进行鉴定、对其级别进行分析，可以改善炼钢和连铸的工艺操作，才能更好的利用非金属夹杂物。