超低碳钢连铸过程中Ti和P对水口结瘤的影响_CBernhard

超低碳钢连铸过程中Ti和P对水口结瘤的影响

CBernhard1，GXia2，AKarasangabo1，MEgger2，APissenberger2(1．莱奥本大学，奥地利莱奥本;2．奥钢联钢公司，奥地利林茨)

摘要:浇注含Ti超低碳钢时，浸入式水口内产生结瘤，严重影响生产效率，同时对产品质量造成危

害。根据企业生产的经验，随着超低碳钢中Ti和P含量的增加，水口结瘤的问题越来越严重。通过深入分析实际生产过程的试样和实验室研究，阐明浇注超低碳钢时Ti和P对水口结瘤的影响。分析了含Ti含P的超低碳钢水口结瘤物的成分，结果表明结瘤物的主要成分是氧化铝(＞90%)，Ti含量较少(0．58%～3．58%)。采用脉冲分布解析原子发射光谱法(OES-PDA)测得氧化夹杂物的大小随Ti含量的增加而变小。采用液滴法测定了溶质Ti和P对钢液/Al2O3体系的润湿性影结果表明Ti和P使体系接触角和钢液表面张力降低，其中Ti能够降低体系的接触角只是在其响，

具有反应湿润性的情况下。研究表明Ti和P对产生结瘤的作用有显著区别:只要形成的表层界面Ti就可以降低Al2O3夹杂物的大小，具有润湿性，而氧化铝夹杂物颗粒越小，越容易结瘤。为了不Ti-P三元体系的润湿性是产生结瘤就必须控制好Al脱氧的时间和Ti的加入时间。P可以增加Fe-P对产生结瘤的影响较小。因为P可以增加Ti的活度，降低钢液的粘度。与Ti相比，

关键词:接触角;连铸;滴形分析法;无间隙原子钢;非金属夹杂物;水口堵塞;脉冲分布分析法;液滴法;超低碳钢

doi:10．3969/j．issn．1672－9587．2012．05．004

InvestigatingtheinfluenceofTiandPonthecloggingofULC

steelsinthecontinuouscastingprocess

CBernhard1，GXia2，AKarasangabo1，MEgger2，APissenberger2

(1．M2CC，MontanuniversitaetLeoben，Franz-Josef-Strae188700Leoben，Austria;

2．voestalpineStahlGmbH，Voestalpine-Strae34020Linz，Austria)

Abstract:InthecastingofTi-bearingULCsteels，cloggingofthesubmergedentrynozzle(SEN)affects

boththeproductivityofthecasterandthequalityofcastproducts．Theplantexperienceshowsanegative

influenceofincreasingTiandPcontentsonthecloggingtendencyofULCsteelgrades．AnalyticalinvestigationsonsamplesfromtheprocessandlaboratoryexperimentshavebeencarriedoutinordertogainabetterunderstandingoftheinfluenceofTiandPonthecloggingphenomenonofULCsteelgrades．AftercastingTiandPalloyedULCsteels，thedepositsfromcloggedSENhavebeenanalysed．Theresultsindicatethattheparticlesconsistmainlyofalumina(wAlO＞90%)，whiletheTicontentmakesuponlya

PDAshowsthatthesizeverysmallportion(0．58%～3．58%)．AnautomatedinclusionanalysisbyOES-ofoxideinclusionsdecreaseswithincreasingTicontent．ThedeterminationoftheinfluenceofTiandP

solutesonthewettingintheliquidFe/Al2O3systembythesessiledropmethodindicatesthatbothelementslowerthewettingangleandreducethemeltsurfacetension．ConcerningTi，thedecreaseofthewettingangleoccursonlyinthecaseofreactivewetting．TheeffectsofTiandPoncloggingarefoundtobesignificantlydifferent:TilowersthesizeofAl2O3nclusionsonlyifaninterfacialwettablesurfacelayerforms．Smallaluminainclusionsenhancethecloggingproneness．ThetimebetweenAldeoxidationandTiadditionisthusanessentialprocessvariableinordertopreventclogging．AsforP，itincreasestheTi

itlowersthemeltviscosity，thusincreasingtheactivityifbothsolutesareaddedtothemelt．Moreover，

wettabilityintheFe-Ti-Psystem．ThenegativeeffectofPoncloggingis，therefore，lesspronouncedthan

thatofTiandpresumablyhardertoinfluence．

Keywords:contactangle;continuouscasting;dropshapeanalysis;interstitialfreesteel;non-metallicinclusions;nozzleclogging;pulsediscriminationanalysis;sessiledrop;ultralowcarbonsteel

2

3

杂物附着在水口内壁上凝固引起的，这些夹杂物

［1－7］

TiO2，。根据表包括Al2O3，稀土氧化物等等面能最小理论，附着在水口内壁上的Al2O3夹杂物烧结成网状结构

［1，8，9］

前言

自连铸发展以来，浸入式水口内产生结瘤就一直困扰着企业生产。这个问题主要是由于氧化铝在水口内壁沉积，沉积的位置多发生在水口上

［1］

部，入口及出口处。由于Al2O3在水口内壁沉积使水口内径缩小，降低了铸机的生产效率，还需要不定期更换浸入式水口，同时水口内的结瘤改变了正常的钢液流场会引起铸坯质量问题，比如引起结晶器液面波动发生卷渣和铸坯表面缺陷(裂纹)，结瘤物脱落后如被凝固的坯壳捕获就会

［1－4］

。成为钢中夹杂物

Rackers和根据浸入式水口结瘤产生的机理，

Thomas［2］将其分为四类:脱氧产物在水口内壁附着烧结;倒吸入水口内的空气;水口耐火材料与钢液的反应产物;钢液在水口内的凝固。实际生产过程中，结瘤的产生是由以上不同机理的共同作用造成的，要分析其根本原因就很复杂。

为了解释水口结瘤的机理，有人进行了大量研究，提出来多种理论，但这些理论基本都是基于以下基础建立的:钢液与浸入式水口耐火材料之

［4－7］

;氧化铝和钢液之间存在界面张间发生反应

［8，9］11］

;水口边界存在界面张力梯度［10，。目前力

公认的结论是:浸入式水口结瘤是由钢液中的夹

。有人根据流体力学条

，紊流条件下加剧了

夹杂物在水口内的横向流动，从而更容易产生沉件研究了水口内的流动

Wilson等的研究表明在紊流情况积。在这方面，

［12］

下夹杂物越小越容易沉积，另外因水口内壁越粗糙越容易产生紊流，也就越有利于夹杂物在水