IF钢连铸开浇工艺对头坯洁净度影响的研究_李源源.pdf

IF 钢连铸开浇工艺对头坯洁净度影响的研究李源源1,2)，张炯明1)，崔衡3)，尹延斌1)，邓深2)，杨剑洪1,2)1)北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京1000832)柳州钢铁股份有限公司，柳州5450023)北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心，北京100083通信作者，张炯明，E-mail:;尹延斌，E-mail:摘要IF 钢连铸开浇过程头坯洁净度水平较低，目前各企业一般将开浇坯作判废或降级处理，这导致了产品质量不稳定，成材率低等问题.为研究 IF 钢非稳态开浇阶段连铸坯的洁净度水平及优化措施，采用现场取样、检测分析及数值模拟计算相结合的方法，分析了 IF 钢开浇阶段不同拉速变化曲线条件下连铸坯沿拉坯方向的洁净度变化规律.通过实验检测发现沿拉坯方向头坯 TO、N 及显微夹杂物含量呈现明显下降趋势，距离头坯头部 6m 处TO 含量为 13106，接近正常坯水平，距离头坯头部 7m 处N 含量约为 19106，接近正常坯水平，开浇工艺对于连铸坯 TO、N 及显微夹杂物含量影响不大.匀速、前快后慢和前慢后快三种拉速工艺条件下，大型夹杂物在距离头坯头部 2m 处的质量分数约为 0.2mgkg1，但之后均存在不同程度的大型夹杂物数量波动现象，而前快后慢工艺影响范围最小，在 5.5m 后均达到正常水平.通过数值计算同样发现，前快后慢的提拉速工艺条件下产生的头坯洁净度更快地接近正常坯洁净度水平（约开浇 430s 后，对应拉坯 5m）.基于本文研究，提出了一种优化的 IF 钢连铸开浇过程提拉速的工艺方法.关键词IF 钢；连铸坯；开浇；拉速；洁净度分类号TF777.1EffectofcastingspeedrisingonthecleanlinessofIFsteelslabduringtheinitialcastingstageLI Yuan-yuan1,2)，ZHANG Jiong-ming1)，CUI Heng3)，YIN Yan-bin1)，DENG Shen2)，YANG Jian-hong1,2)1)StateKeyLaboratoryofAdvancedMetallurgy,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,China2)LiuzhouIron&SteelCompany,Ltd.,Liuzhou545002,China3)CollaborativeInnovationCenterofSteelTechnology,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,ChinaCorrespondingauthor,ZHANGJiong-ming,E-mail:;YINYan-bin,E-mail:ABSTRACTDuringtheinitialcastingstageoftheIFsteel,thecleanlinessofthefirstslabdeteriorates.Steelplantstreattheinitialcastingslabsaswasteordemotingproducts.Moreover,thecleanlinessdeteriorationofinitialcastingslabsleadstounstablequalityandlowproductyield.Inthepresentstudy,toinvestigatethecleanlinessofcontinuouscastingslabsandtheoptimizationmeasuresduringtheinitialcastingstageoftheIFsteel,thecleanlinessoftheinitialcastingslabsisevaluatedbyfieldsamplingandexperimentalanalysis.Moreover,the effect of the casting speed rising method on the cleanliness of the IF steel slab during the initial casting stage isinvestigated.Additionally,numericalsimulationsareconductedtorevealtheleveloffluctuationsofthemoltensteelinthemoldduringtheinitialcastingstage.TheresultsshowthatthevariationsinTO,N,andthecontentofmicroinclusionsintheslabdecreaseobviouslyalongthecastingdirection.ThecontentsofTOandNintheslabreachthenormalslablevelof6m(approximately13106)and7m(approximately19106)awayfromthedummybarhead,respectively.Nevertheless,theeffectsofthecastingspeedrising收稿日期:20220415基金项目:国家自然科学基金资助项目（52104320，51834002）；中国博士后科学基金资助项目（2021M690371）工程科学学报，第45卷，第6期：899906，2023年6月ChineseJournalofEngineering,Vol.45,No.6:899906,June2023https:/doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2022.04.15.001;http:/methodonthecontentsofTO,N,andmicroinclusionsintheinitialcastingslabsareinapparentduringtheopencastingprocess.Forthethreeconditionsofopencasting(differentcastingspeedrisingmethods),thecontentsofthemacroinclusionsintheslabreachthenormalslablevelofaround2m(approximately2mg/10kg)awayfromthedummybarhead,respectively.Subsequently,thefluctuationofthemacroinclusioncontentcanbedetermined.Furthermore,undertheconditionof“quick-slow”castingspeedrising,thefluctuationcanbequicklyalleviated,andthemacroinclusioncontentnormalizes.Numericalsimulationsrevealthatthevariationsinthefluctuationlevelofthemoltensteelatdifferentpositions(nearthenozzle,aquarterofthewidth,andnearthenarrowface)inthemoldduringtheinitialcastingstageofthethreecastingspeedrisingmodesaresimilar.First,thefluctuationlevelisextremelyintense.Then,thefluctuationlevelgraduallyweakensforsometime.Finally,thefluctuationlevelofthemoltensteelatdifferentpositionsinthemoldstabilizes.Additionally,thenumericalsimulationresultsrevealthattheslabcleanlinesscanquicklynormalize(430safterinitialcastingandabout5mawayfromthedummybarhead)underthe“quick-slow”castingspeedrisingmodeduringtheinitialcastingstage.KEYWORDSIFsteel；continuouscastingslab；initialcastingstage；castingspeed；cleanliness无间隙原子（InterstitialFree）钢，简称 IF 钢，具有极优异的深冲性和无时效性，作为第三代冲压用钢在汽车、家电等行业内广泛使用1.IF 钢对于表面质量要求极高，但其冷轧板表面缺陷是一个亟待解决的共性问题，困扰着各大生产厂家2.其中，与连铸过程密切相关的表面缺陷主要有：鼓包、翘皮、灰线和孔洞34.这些缺陷是由连铸坯皮下夹杂物、气泡、保护渣“卷渣”以及表面夹渣等缺陷演变形成的5.各种连铸非稳态（尤其是开浇）状况，存在拉速变化、中间包和结晶器液面波动频繁等问题3,67，导致非稳态连铸坯洁净度明显低于正常坯，非稳态连铸坯生产的 IF 钢冷轧板表面缺陷发生率明显升高819.为了保证 IF 钢冷轧板的质量，目前各企业一般将开浇坯作判废或降级处理.然而此种方法由于降级、判废长度不明确，往往出现错判、漏判或多判的问题，导致产品质量不稳定，成材率低，增加企业成本等.因此，对 IF 钢连铸开浇过程的连铸坯洁净度及其优化展开研究具有非常重要的现实意义.目前，国内外学者通过各种实验检测手段、方法，针对（超）低碳钢连铸开浇头坯的洁净度5,8,10,1214,17,2024展开了很多研究.朱国森等5和袁方明等8对不同浇铸阶段的 IF 钢连铸坯洁净度水平进行了定量化研究，研究结果表明浇铸初期钢水存在二次氧化及较大程度的增碳现象，开浇坯 C、TO、N 含量远高于其他类型连铸坯，而且开浇坯内存在较大尺寸的簇群状 Al2O3夹杂，在各类非稳态连铸坯中，头坯品质最差，不能用于生产有表面质量要求的汽车、家电等冷轧钢板.高攀等12针对 IF 钢连铸过程，研究了头坯、尾坯和换水口坯等非稳态连铸坯洁净度特征，研究同样发现头坯C、TO、N 含量比其他铸坯高，TO 含量为正常坯水平的 2.4 倍以上，各类型非稳态坯中，大型夹杂物含量最高的是头坯.彭其春等20进行了针对低碳钢同一浇次阶段铸坯（头坯、正常坯和尾坯）的洁净度水平的研究，研究表明开浇时钢水的二次氧化严重，而浇铸末期钢水二次氧化较轻，开浇和浇铸末期由于拉速波动导致结晶器卷渣严重.肖鹏程等13对某钢厂 IF 钢稳态坯及非稳态坯洁净度水平进行了对比研究，研究发现开浇头坯洁净度最差，主要是由于开浇时钢水在中间包内发生较为严重二次氧化，而钢包交换和更换浸入式水口时钢水受到的空气二次氧化较小，但是钢渣反应和卷渣行为较为严重.此外，尾坯洁净度受到空气二次氧化和卷渣的共同影响.Wang 等17和陈霄等21通过对头坯不同位置进行取样研究了 IF 钢开浇阶段铸坯沿拉坯方向的洁净度变化，研究结果表明 IF 钢开浇阶段铸坯中大型夹杂物主要来源于结晶器卷渣和中间包中来不及上浮的脱氧或二次氧化产物.刘增勋等22对 IF 钢开浇炉次板坯洁净度进行了研究，并通过示踪试验对开浇坯中夹杂物的来源进行了分析，研究结果表明头坯洁净度受钢包渣和中间包渣影响较大.随着浇铸进行，连铸坯洁净度有较大的改善，在距引锭头部 28m 处连铸坯洁净度已达到正常水平.黄淑媛等24通过热力学计算结合夹杂物表征的方法分析了不同浇铸状态的 IF 钢连铸坯的夹杂物水平，研究发现由于浇铸初期发生二次氧化