SS400连铸坯总氧含量的分布规律

李德军，于赋志，许孟春，方恩俊，刘清海

（1.鞍钢集团钢铁研究院，辽宁鞍山114009; 2.鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司,辽宁营口115007）



SS400连铸坯总氧含量的分布规律

李德军1，于赋志1，许孟春1，方恩俊2，刘清海2

（1.鞍钢集团钢铁研究院，辽宁鞍山114009; 2.鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司,辽宁营口115007）

摘要：对SS400连铸坯不同部位钢中总氧含量分布进行了分析，结果表明，SS400连铸坯正常坯与过渡坯的总氧含量相对较低，平均值小于0.001 5％，能够满足洁净钢要求；头坯坯头及头坯坯尾总氧含量均值分别为0.003 9％和0.002 5％，不利于洁净钢生产，对此进行了原因分析，并提出了相应措施，实施后达到了生产要求。

关键词：连铸坯；夹杂物；总氧含量

李德军，博士，工程师，2013年毕业于东北大学钢铁冶金专业。E-mail:344305353@qq.com

钢中的非金属夹杂物对钢材的性能影响很大，例如可导致汽车和电气产品用薄钢板的表面缺陷、DI罐用薄钢板裂纹、管线钢氢致裂纹、轮胎子午线加工过程断线、轴承钢疲劳性能恶化。同时，钢中非金属夹杂物对于钢板抗撕裂性能和低温冲击韧性也有不利影响［1-3］。SS400作为结构用钢种，在桥梁、船板及其它结构用钢中起着重要作用。随着客户对钢材性能要求的提高，如何控制和减少钢中夹杂物成为提高钢材性能的关键［4-5］。由于钢中非金属夹杂物大部分为氧化物非金属夹杂物，因此有必要对连铸坯中总氧含量的分布、变化进行系统分析。

本文通过对SS400连铸坯不同部位取样分析，研究钢中总氧的变化规律，从而为提高钢水洁净度做出理论支持。

1　钢中T.O与夹杂物的关系

钢中总氧法是人们经常采用的一种间接分析钢中夹杂物的方法［6-7］。钢中总氧是自由氧(溶解氧)［O］溶和与非金属夹杂物的结合氧(O)夹之和，总氧T.O的表达式可表示为：T.O=［O］溶+(O)夹。

转炉出钢时，钢水中夹杂物氧(O)夹接近于零，T.O主要是吹炼终点溶解氧［O］溶。钢包脱氧合金化后与脱氧元素(Al、Si)相平衡的［O］溶很低，如铝镇静钢加铝脱氧后，在1 600℃与钢中酸溶铝［Al］S(0.02％～0.05％ )处于热力学平衡的［O］溶很低(0.000 4％～0.000 8％ )，所以可用钢中总氧含量T.O来表示钢中氧化物夹杂的水平，用T.O作为洁净钢的衡量标准。钢中夹杂物含量与钢中总氧含量T.O的关系如图1所示［8］。

图1　钢中总氧含量与氧化物夹杂的关系

从图1中可以看出，随着钢中总氧含量T.O的升高，钢中氧化夹杂物的含量也在升高，这非常不利于钢液洁净度的进一步提高。由图1看出，必须严格控制钢中的总氧含量T.O，才能生产出纯净的高附加值钢种。因此，本研究以结构用钢SS400为对象，对鞍钢某厂生产的连铸坯钢中总氧含量T.O进行了一系列取样分析，以评价其生产工艺是否达到洁净钢生产的要求。

2　试验方法

2.1取样

SS400生产工艺流程为：铁水预处理—顶底复吹转炉—LF炉—薄板坯连铸。该研究中，铸坯的断面为1 280 mm×200 mm。为了研究铸坯的总氧含量分布情况，对连铸坯内弧侧宽度方向的边缘处、1/4处及中心处进行了取样分析，头坯坯头的取样位置如图2所示，正常坯、过渡坯与尾坯的取样位置与图2相同，并对其所取样进行了如表1所示的编号。各编号中首位数表示铸坯编号，共8块铸坯，末位数1、2、3分别对应铸坯宽度方向的边缘处、1/4处及中心处。

图2　头坯坯头取样位置示意图

表1　铸坯取样编号

2.2结果分析

2.2.1铸坯坯头T.O分布

SS400钢同浇次铸坯坯头T.O分布如图3所示，铸坯浇铸的不同时刻坯头所对应T.O的分布不同。从图3可知，头坯的总氧含量T.O平均值为0.003 9％，较其它时刻坯头总氧含量要高很多。

图3　铸坯坯头总氧含量分布

从检测的结果来看，其主要原因如下：

(1)由于头坯的坯头正处于铸坯开浇的初始时刻，钢包开浇瞬间，钢水从钢包内流出，流入到中间包内，此时中包无任何保护措施，流入的钢液在中包底部迅速铺展开，和空气大面积发生接触，导致了钢液中氧含量的升高，这是头坯坯头氧含量高的主要原因之一。

(2)中包在烤包过程中会有部分耐火材料及其它杂质掉落到中包底部，在钢包开浇瞬间，钢液流入中包后会将部分杂质卷入到钢液中，并有部分滞留在铸坯当中，也会造成头坯坯头氧含量高。

(3)在封装引锭头时，用来快速冷却的冷钢及铁粉(主要为钉屑)中也会因表面的氧化而导致头坯坯头氧含量高。

从图3中还可以看出，在头坯的坯头横断面上，宽度方向上边部的总氧含量要高于中心。这主要是因为浇注初始时刻钢液中含有大量的氧化物夹杂，在从浸入式水口喷出后，会迅速流向结晶器的窄边，并在浸入式水口吐出孔的上下两侧，形成具有上下两个涡流的流场。结晶器内这种流场模式促使了钢液中氧化物夹杂向结晶器的窄边汇集，部分被窄边弯月面处的坯壳捕获后，滞留在了铸坯的边部，从而使头坯坯头在宽度方向上边部总氧含量要高于铸坯的中部。

尾坯坯头的总氧含量T.O分布规律和头坯坯头的类似，也是边部高于中间部分，但平均总氧含量要低于头坯坯头部分。在浇注后期，尤其是在钢包停浇，在拉中包内残留钢液时，随着中包内钢液面的不断下降，会有部分氧化物夹杂被带入钢液当中，导致了与头坯类似的分布规律。

在浇次达到正常后，随着拉速的稳定，不论是中包还是结晶器内的钢液流场都趋于稳定状态，这使正常坯坯头的总氧含量也达到了最低并使其在铸坯的横断面上达到了均衡状态。从图3中可以看出，虽然在钢包换罐时对中包内流场有一定波动，但对过渡坯的坯头中总氧含量的分布影响比较小。

2.2.2铸坯坯尾T.O分布

SS400铸坯的坯尾T.O分布如图4所示，铸坯坯尾T.O分布规律与坯头规律类似。

从图4中看出，头坯坯尾的总氧含量也高于其它部分坯尾的总氧含量，平均值为0.002 5％，但与坯头平均值0.003 9％相比要低很多，这主要是因为在头坯中，坯头部分的钢液在进入中包后，钢液与空气接触面积比较大，导致坯头部分的总氧含量相对较高，随着钢液不断从钢包注入到中包后，在其上部添加中包覆盖剂，防止了钢液与空气的接触，减少了钢液的二次氧化，使钢液中总氧含量有所降低。尾坯的坯尾总氧含量较尾坯的坯头氧含量要偏低，这主要是因为在尾坯拉坯过程中，中包内钢液已经浇注完，没有钢液从浸入式水口中流出，结晶器至导向段内钢水中的非金属夹杂物在不受水口钢液冲击的作用下能够利于其上浮去除。从图3和图4上来看，过渡坯与正常坯坯尾的总氧含量与所对应坯头的总氧含量差别不大，说明整个连铸过程控制是比较理想的。

图4　铸坯坯尾总氧含量分布

3　总氧含量控制措施

从铸坯各部位总氧含量的分析结果来看，正常坯与过渡坯的总氧含量相对较低，说明连铸过程控制还是很理想的，但铸坯头坯坯头与坯尾的总氧含量相对较高，根据分析的结果建议做如下防范措施：

(1)在中包备包或中包喷补之后，会在中包残留一定量的粉状或颗粒状的耐火材料，若不进行相应的清理，在使用过程中部分残留物会被钢液卷入到结晶器中，增加了头坯夹杂物含量，导致总氧含量升高。采用高压空气将包内吹扫一遍，清除残留物，保证包内清洁，能够减少铸坯头坯夹杂物含量。

(2)严格按照升温制度进行烘烤，防止烤包过程中温度升温过快，发生喷补层脱落而污染钢液。

(3)保证足够的出苗时间，视情况可适当延长出苗时间以防止初始进入中包内钢水中的夹杂物被卷入到结晶器中。

(4)封装引锭头时，使用表面无锈的冷钢及铁粉也能够进一步降低头坯坯头总氧含量。

(5)拉尾坯过程中，在保证铸坯能够顺利拉出的情况下，尽量将拉速控制低一些，防止尾坯溢钢，利于夹杂物上浮去除以减少尾坯中总氧含量。

4　实施后效果

在相同的工艺条件下对同一钢种SS400的相同位置进行了铸坯总氧含量T.O的分布情况检验，其结果如图5、图6所示。

图5　铸坯坯头总氧含量分布

图6　铸坯坯尾总氧含量分布

由图5、6可以看出，采取相应的控制措施后，铸坯坯头总氧含量T.O的分布变化情况如下：头坯的总氧含量T.O由整改前平均值0.003 9％降低至平均值0.002 6％；铸坯坯尾的总氧含量T.O的分布变化情况是，头坯的总氧含量T.O由整改前的平均值0.002 5％降低至平均值0.002 0％；其它部位的坯头与坯尾的总氧含量T.O也较整改前有所降低，说明采取的措施有效。

5　结论

对鞍钢某厂生产的SS400连铸坯的总氧含量的分布规律进行了分析，得出如下结论：

(1) SS400连铸坯头坯坯头及头坯坯尾总氧含量较高，平均值分别为0.003 9％和0.002 5％，采取措施后，平均值分别降至为0.002 6％和0.002 0％。

(2)正常坯与过渡坯的总氧含量相对较低，平均值小于0.001 5％，整个连铸过程控制达到了洁净钢生产要求。

参考文献

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［7］范恩辉，段富春.SS400钢连铸薄板坯表面纵裂缺陷控制［J］.鞍钢技术，2008，(6)：48-51.

［8］Ludlow V.Oxygen in Steelmaking toward Cleaner Steels［J］. Ironmaking and Steelmaking,2002,29(2):83-87.

(编辑许营)

修回日期：2015-01-15

Distribution Regularity of Total Oxygen Content in SS400 Continuous Casting Slab

Li Dejun1，Yu Fuzhi1，Xu Mengchun1，Fang Enjun2，Liu Qinghai2
(1.Iron & Steel Research Institutes of Ansteel Group Corporation,Anshan 114009,Liaoning,China; 2.Bayuquan Iron & Steel Subsidiary Co.of Angang Steel Co.,Ltd.,Yingkou 115007,Liaoning,China)

Abstract：The distribution condition of the total oxygen content in different locations of the SS400 continuous casting slab was analyzed.The analytical results show that the total oxygen content in normal slabs and intermixing slabs is relatively lower with the average content less than 0.001 5％ ,which can meet the requirements for smelting the clean steel.The average total oxygen content at both the head and the tail of the first slab is 0.003 9％ and 0.002 5％ respectively, which is bad for smelting the clean steel.For this the causes leading to relative high content of total oxygen were analyzed and then the corresponding measures are proposed.After these measures are taken the requirements for smelting the clean steel aremet.

Key words：continuous casting slab;inclusion;total oxygen content

中图分类号：TF769

文献标识码：A

文章编号：1006-4613（2016）01-0016-04