拉速对MCCR工艺生产低碳铝镇静钢轧板中夹杂物的影响
杨文1，王乐瑶1，刘金刚2，袁天祥3，4，张立峰5，杨光1，李阳6，闫占辉6
（1.北京科技大学冶金与生态工程学院， 北京 100083； 2.首钢集团有限公司技术研究院， 北京 100043；3.燕山大学机械工程学院， 河北秦皇岛 066004； 4.首钢京唐钢铁联合有限责任公司制造部，河北 唐山 063200； 5.北方工业大学机械与材料工程学院， 北京 100144；6.首钢京唐钢铁联合有限责任公司钢轧作业部， 河北唐山 063200）
多模式薄板坯连续铸轧生产线（MCCR）既不同于传统连铸-轧制工艺，又异于传统薄板坯连铸连轧工艺，目前在国内外只有一条产线。MCCR工艺生产采用高拉速浇铸，具有大的通钢量，拉速对此工艺生产的轧板洁净度尤其是钢中非金属夹杂物特征影响较大。基于此，采用自动扫描电镜探究了4.7～5.2 m/min范围内拉速对MCCR工艺生产的低碳铝镇静钢轧板中非金属夹杂物特征的影响规律。结果表明，轧板中夹杂物主要为Al2O3-CaO类型，夹杂物中Al2O3质量分数为69%～72%、CaO质量分数为16%～22 %，夹杂物成分随着拉速的增加基本不发生改变。轧板中5 μm以上夹杂物随拉速的变化规律与2 μm以上夹杂物随拉速的变化规律相反。随着拉速的增加，轧材中尺寸大于2 μm夹杂物的数密度和面积分数整体呈小幅上升趋势，但平均尺寸变化不大。然而，随着拉速由4.7 m/min升高到5.0 m/min的过程，轧板中尺寸大于5 μm夹杂物的数密度、面积分数和检测到的最大尺寸均呈现减小趋势，且在轧板宽度方向的波动也减小。拉速升至5.0 m/min以上后轧板中尺寸大于5 μm夹杂物特征变化不大。从凝固前沿夹杂物受力的角度解释了钢中大尺寸夹杂物数量随拉速升高而降低的现象。基于研究结果，建议MCCR工艺生产低碳铝镇静钢时宜采用5.0 m/min以上的连铸拉速。
多模式连铸连轧； 低碳铝镇静钢； 高拉速； 夹杂物； 凝固前沿
低碳铝镇静钢作为一种高洁净钢，广泛用于生产汽车、家用电器等轧板的生产，钢中非金属夹杂物的尺寸、分布、成分很大程度影响着钢的力学性能。在浇铸过程中，结晶器内钢液的流场和温度场对钢中夹杂物的去除和保护渣的卷入有着重要影响，而结晶器内钢液流场主要受浸入式水口形状、吹氩速率、拉速和电磁搅拌等工艺参数的影响。许多钢铁企业通过提高连铸拉速来缩短生产时间，提高生产效率。高拉速会导致结晶器内流股冲击速度加快，对钢水的传热与凝固产生较大影响，使得结晶器液面波动加剧从而导致保护渣卷入钢中形成大尺寸夹杂物，对钢性能产生影响，因此研究不同拉速对钢中夹杂物的影响尤为重要。FEI P等研究了拉速对IF钢连铸坯中夹杂物近表层分布的影响，发现试验的最佳拉速为1.2 m/min，此时连铸坯表面的夹杂物数量最少，当拉速较低时，细小的簇状Al2O3夹杂物在凝固前沿聚集；当拉速较高时，会加剧结晶器内液面波动，造成卷渣。詹美珠等研究发现，随着拉速由1.3 m/min增加至1.5 m/min，结晶器液面平稳，包晶钢镀锡板连铸坯中大于10 μm夹杂物的数密度和面积分数均降低。苑鹏等研究了不同拉速对低碳铝镇静钢中夹杂物的影响，随着拉速由1.8 m/min增加至2.5 m/min，钢中大于50 μm夹杂物数量呈现下降趋势，这主要是凝固坯壳对夹杂物的捕获作用所决定的。ZHANG Q Y等采用原位分析法研究了连铸过程中拉速变化对IF钢连铸坯表层非金属夹杂物的影响，结果表明在低拉速下（0.6 m/min）均匀增减拉速时，拉速变化对夹杂物的影响很小。RAJNEESH K等通过建立结晶器在电磁力作用下的流动、凝固和夹杂物三维数值模型，研究了不同拉速对夹杂物去除率的影响，在较高的拉速（1.6 m/min）条件下，结晶器上回流区形成稳定的再循环区，大量夹杂物随着钢液流动到弯月面在5 s内被保护渣吸附而去除。从1989年美国纽柯公司世界第一条薄板坯连铸连轧产线投产至今，薄板坯连铸连轧生产线已经历了三代的发展。其中第三代中的多模式薄板坯连铸连轧生产线（MCCR）是目前首钢京唐公司独有的可以实现单块、半无头、全无头交叉切换的多模式铸轧，相对于传统薄板坯连铸连轧工艺而言，MCCR采用了全新的生产线布局及技术形式，其连铸坯厚度达110
mm以上，同时最高拉速可达5.8
m/min，由于在轧制前添加了隧道式加热炉，多模式切换生产更灵活，质量更优异。以往研究主要集中在0.6～2.5
m/min区间内拉速对传统连铸工艺生产的连铸坯中夹杂物的影响，而对于高拉速条件下拉速对MCCR工艺生产轧材中非金属夹杂物的影响研究较少。基于此，本文研究了拉速对MCCR工艺生产的低碳铝镇静钢轧材中夹杂物特征的影响规律，为进一步优化连铸工艺、改善轧材洁净度提供参考。
1）MCCR工艺生产的低碳铝镇静钢轧板中夹杂物主要为Al2O3-CaO类型，并含有少量MgO和CaS，随着拉速的升高，夹杂物成分变化不大，夹杂物中Al2O3质量分数在69%～72%范围内波动，CaO质量分数在16%~22%范围内变化。2）随着拉速由4.7 m/min升高至5.2 m/min，轧材中大于2 μm夹杂物的数密度和面积分数整体呈小幅上升趋势，其中数密度由11个/mm2增加至约17个/mm2，面积分数由0.007 3%增加至约0.010 9%。但大于2 μm夹杂物平均尺寸随拉速变化不大。3）随着拉速的增加，轧材中大于5 μm夹杂物的数密度、面积分数和检测到的夹杂物最大尺寸均呈现降低趋势，且至5.0
m/min拉速后变化不大。这与拉速增加后凝固前沿夹杂物所受的Saffman力增大、Marangoni力减小进而减少了大尺寸夹杂物被凝固坯壳捕获有关。基于大尺寸夹杂物的变化，建议MCCR工艺生产低碳铝镇静钢时宜采用5.0
m/min以上的连铸拉速。
