弧形连铸坯内夹杂物集聚带分析

非金属夹杂物的数量和分布对铸坯洁净度评级是非常重要的。大于50_μm的大颗粒夹杂物在钢液中主要受钢液流动和浮力的影响。对弧形连铸机来说，铸坯内弧上部容易形成夹杂物集聚带。对中间包内钢液总氧含量的测定发现，钢包开浇时钢液二次氧化的程度较大。中间包开浇时，钢液中氧含量（质量分数）可达0.0040%（40×10^-4%），随后氧含量下降，到第一个钢包浇注结束时其值（质量分数）可为0.0013%（13×10^-4%）。从弧形连铸坯的横截面取样，夹杂物分布特点是：

1）图3-2所示为连铸坯夹杂物分布图，图3-3所示为连铸坯液相穴夹杂物上升示意图。图中可见，内弧铸坯厚度四分之一处有夹杂物集聚。距离内弧边缘越远，夹杂物的数量越少。铸坯处于结晶器时，夹杂物可上浮至弯月面。夹杂物集聚带主要集聚在距铸坯内表面约30mm处，是铸坯运动的弧形路径所致。如夹杂物尺寸的阈值增加，大夹杂物集聚带将向外侧移动，因为大杂物比小夹杂物更容易上浮。对弧形连铸机来说，在内弧侧面的弯曲区的固液界面容易捕捉上浮的夹杂物，在内弧侧四分之一到五分之一厚度处形成夹杂物集聚。弧形半径R越小，内弧侧夹杂物聚集越严重。一般情况下，外弧夹杂物减少，内弧夹杂物就增多。

图3-2 连铸坯夹杂物分布图

2）内弧侧夹杂物集聚还与注流冲击深度有关。较快的注流和强烈的紊流会把水口堵塞物冲到深度2.55m以下，因而夹杂物不能上浮而被凝固前沿捕捉，成为铸坯中偶然性夹杂物的来源。

3）图3-4所示为连铸过程中氧化夹杂物的来源示意图。浇注过程中，钢包渣、中间包渣、结晶器保护渣会以渣滴形式卷入钢液中。若卷入渣滴的氧势高，一方面与钢液中合金元素发生二次氧化生成夹杂物，另一方面渣滴也会在钢中生成大颗粒夹杂物。在注流冲击区，强烈的紊流会把中间包渣、结晶器保护渣混入钢液并进入结晶器，没有上浮到内弧表面而滞留在内弧侧的一定深度内，形成夹渣缺陷。这种缺陷对铸坯及轧材更是一种危险的冶金缺陷，在检验中经常发现夹渣缺陷，因此钢液在经历钢包→中间包→结晶器的过程中，防止二次氧化和下渣、卷渣是生产洁净钢非常重要的操作。

图3-3 连铸坯液相穴夹杂物上升示意图

a）带垂直段的立弯式连铸机 b）弧形连铸机(www.xing528.com)

图3-4 连铸过程中氧化夹杂物的来源示意图

连铸机的机型不同，连铸坯内夹杂物的数量也有明显的差异。如按1kg铸坯计算铸坯夹杂物的含量：

立式铸机：0.04mg/kg；

立弯式铸机：0.46mg/kg；

弧形铸机：1.75mg/kg；

水平铸机：1.35mg/kg。

从图3-2、图3-3中连铸坯夹杂物的分布可知，解决夹杂物集聚的办法有：①加大弧形半径，可以减轻夹杂物的集聚，然而加大铸机造价，不可取；②采用炉外精炼、保护浇注等有效措施，尽可能把钢液中的夹杂物去除干净，减少夹杂物的集聚几率；③建造带有垂直段（2～3m长）的立弯式铸机，铸坯夹杂物无集聚，也降低了铸机造价。