非稳态浇铸条件包括开浇、换包、停浇、拉速变化、结晶器液面波动超过临界值、浸入式水口堵塞及更换等因素，非稳态浇注使结晶器内钢液流动受到影响，可能造成保护渣卷入，铸坯成分波动，从而恶化铸坯质量［１－５］。关于非稳态浇铸对铸坯的影响，前人已做了不少研究［６－９］，但是少有对非稳态条件下的铸坯系统取样分析钢中的气体和成分。本文分析比较了头坯、尾坯、换水口坯等的洁净度变化情况，并就３种非稳态条件进行对比，希望掌握非稳态浇铸铸坯成分与洁净度的波动规律，来改善生产工艺操作。

１研究方法

本次分析所取试样是采用转炉—ＲＨ真空精炼—板坯连铸工艺生产的ＤＣ０６，要求具有良好的深冲性能和良好的表面质量，因此对Ｃ、Ｎ、ＴＯ等含量要求尽可能低，其他成分含量要求控制在一个比较窄的范围内。所取试样的中间包钢水化学成分（质量分数）见表１。此次板坯规格：１６００ｍｍ（宽）×２３７ｍｍ（厚）在如图１位置取样，然后加工。具体取样方案是：头坯、换水口坯取样沿拉坯方向从头到尾每隔５００ｍｍ取图１中所示试样，在文中及图中表述为距离头部位置多少米，尾坯沿拉坯方向从尾到头每隔５００ｍｍ取图１中所示试样，在文中及图中表述为距离尾部位置多少米，所取试样尺寸为１００ｍｍ（长）×１００ｍｍ（宽）×１２０ｍｍ（厚）取样后分析试样厚度方向中心位置，也即铸坯内弧侧１／４位置的ＴＯ、Ｎ含量和成分，然后与所取的正常坯平均水平作比较，评价其洁净度水平。在铸坯宽度１／４位置上对头坯、正常坯、换水口坯、大包停浇坯、尾坯取样，然后取其上表层进行大样电解，分析大型夹杂物。

２试验结果与分析

２．１ＴＯ含量分析在钢液中，总氧为溶解氧与结合氧之和。对于铝镇静钢来说，当钢液脱氧后，与溶解在钢中的元素相平衡的溶解氧很低而且波动不大，结合氧是以夹杂物的形式分布于钢中的。因此，可以用ＴＯ含量来代表钢中显微夹杂物的水平。在对头坯、尾坯、换水口坯取样分析后，与正常坯平均ＴＯ含量水平做对比，寻找其变化趋势和规律，分析结果如图２所示。由图２可以看出，头坯沿拉坯方向头部ＴＯ含量最高，为正常坯水平５倍左右；到距离头部０．５ｍ位置后急剧下降并开始稳定在正常坯水平３倍及以下，最低为正常坯含量的２．４倍。沿拉坯方向，头坯ＴＯ含量整体呈现上升趋势，洁净度逐渐降低，头坯头部洁净度最差。头坯中ＴＯ含量比较高的原因，一是开浇炉次中内生夹杂物上浮没能达到足够充分；二是开浇时的不稳定状态导致有大量保护渣和耐材的卷入，外来夹杂物数量较多，随着浇铸的稳定，ＴＯ含量逐渐降低。尾坯ＴＯ含量最高是在距离尾部１ｍ处，为正常坯水平的１．６倍，最低达到正常坯水平，波动范围相对头坯较小。换水口坯的ＴＯ含量波动范围从正常坯水平到最高的正常坯水平２．２倍，波动范围比尾坯大。尾坯、换水口坯ＴＯ含量波动，主要是因为非稳态浇铸过程中拉速波动，导致铸坯卷渣等因素，导致钢液洁净度降低。头坯表现有沿拉坯方向ＴＯ含量上升趋势，但是整个头坯ＴＯ含量仍然高于其他铸坯，头坯ＴＯ含量平均比其他铸坯多０．００１５％以上。因此要提高洁净度水平，一要使夹杂物尽量上浮；二要稳定耐材质量，尽量减少外来夹杂物。

２．２氮含量分析由于钢中固溶碳和固溶氮严重损害ＩＦ钢的塑性应变比［１０］，因此对于冶炼ＩＦ钢来说，氮的控制是一件非常重要的事情。对头坯、尾坯、换水口坯取样分析后，与正常坯平均氮含量水平做对比，结果如图３所示。图３显示，头坯沿拉坯方向氮含量呈现明显上升趋势，从距离头坯２．５ｍ处开始氮质量分数小于等于０．００４０％，达到ＤＣ０６判定标准，但是整个头坯氮含量都在正常坯水平的２倍及以上，远高于其他铸坯的平均水平。尾坯氮含量最高是在离尾部１ｍ处，为正常坯水平的１．３倍，最低达到正常坯水平，波动范围相对不大，氮含量与ＴＯ含量呈现良好的对应关系，说明尾坯保护浇铸做得比较到位。换水口坯氮含量波动范围从正常坯水平的１．５到１．７倍，波动范围也不大，说明在换水口过程中保护浇铸也做得比较好。头坯氮含量高于中包氮含量的检验结果，说明在开浇时有空气卷入，钢水从中间包到结晶器过程中发生吸气，这与ＴＯ含量高也可以对应起来，此时ＴＯ高的原因一是发生二次氧化，二是耐材等外来夹杂物卷入。尾坯、换水口坯ＴＯ含量有波动，而氮含量波动较小，说明此时保护浇注比较好，没有外部空气卷入，此时ＴＯ升高的原因主要是外来夹杂物导致。

２．３碳含量对比

碳作为ＩＦ钢中的间隙原子，对ＩＦ钢来说是有害元素，要求控制其含量越低越好，取样分析后碳含量结果如图４所示。从分析结果可知，头坯整体碳质量分数都高于ＤＣ０６判定目标０．００３０％，因此头坯必须改判为其他钢种。碳含量最高的是在最头部，达到正常坯水平的２．８倍，从头坯头部到距离头部２．５ｍ处，头坯碳含量直线下降到正常坯水平的１．７倍。头坯的碳含量沿拉坯方向整体呈现上升趋势。在距离头部４、５．５、６．５ｍ处，碳含量波动较大，原因是外来夹杂物中含有碳，外来夹杂物带入所致。尾坯碳含量波动范围也比较大，从最低的正常坯水平的１．２倍到最高的距离尾坯尾部位置４．５ｍ处的正常坯水平的２．４倍，波动水平没有表现出明显的规律性。换水口坯碳含量波动从正常坯水平的１．２倍到正常坯水平的２．１倍，波动范围较大。经过分析浇铸过程中所用耐材可知，ＩＦ钢从ＲＨ结束到铸坯形成过程中的主要增碳来源在于：１）中间包工作层的损毁与脱落；２）中间包加覆盖剂卷入；３）结晶器保护渣卷入。这些来源在连铸过程中除采用低碳材质外，无法避免使用。因此为减少非稳态浇铸造成增碳，要尽量避免浇铸过程中的非稳定状态。

２．４Ａｌｔ含量对比钢中Ａｌ除了脱氧外，还有细化晶粒，改善韧性等作用，因此要尽量保证钢中Ａｌ含量稳定。从图５中可以看出，头坯中Ａｌｔ含量波动范围从正常坯的０．６４倍到０．８９倍，尾坯中Ａｌｔ含量波动范围从正常坯的０．９６倍到１．０７倍，换水口坯Ａｌｔ含量最低为正常坯的０．９３倍，最高位正常坯的１．０４倍。根据分析数据可得，除头坯距离头部０．５ｍ范围内之外其余铸坯Ａｌｔ都符合判定标准０．０２０％～０．０４５％。头坯沿拉坯方向Ａｌｔ呈现下降趋势，跟ＴＯ含量对比正好吻合，这是因为铝镇静钢钢中存在铝氧平衡，Ａｌ含量高时，ＴＯ含量就低；Ａｌ含量低时，ＴＯ含量就高。头坯ＴＯ含量高，对铝的烧损较大，导致Ａｌｔ含量较低。

２．５钛含量对比对于ＩＦ钢来说，通过适当的钛处理后，ＩＦ钢的塑性应变比大大增加［１１］。从图６中可以看出，头坯合金钛含量波动范围从正常坯水平的０．８４倍到０．９６倍，整体偏低，尾坯合金钛含量波动范围从正常坯水平到正常坯水平的１．０４倍，换水口坯钛含量波动范围从正常坯水平的１．０３倍到正常坯水平的１．０９倍，除头坯外，都在目标成分附近波动，且波化范围不大，说明拉速波动对合金Ｔｉ也有一定的影响。头坯钛含量沿拉坯方向有下降趋势，尤其是头部１ｍ范围内特别明显，这与Ａｌｔ的变化趋势一致且与ＴＯ含量相互吻合，其变化原因与Ａｌ变化原因一致。

２．６大型夹杂物分析钢中大型夹杂物虽少，但对钢材的质量影响可能是致命的，因此生产洁净钢的重要目标之一就是去除大型夹杂物。对头坯、正常坯、换水口坯、大包停浇坯、尾坯分别进行取样，然后进行大样电解，电解结果如图７所示。从图中可以看出，头坯中的大型夹杂物总量最高，达到３４．３７ｍｇ／（１０ｋｇ），其次是尾坯，２９．６７ｍｇ／（１０ｋｇ），然后是换水口坯２５．６、２３．８９ｍｇ／（１０ｋｇ），再次是大包停浇坯１１．１８ｍｇ／（１０ｋｇ），而正常坯分别为０．５３、０．５９、１．２４ｍｇ／（１０ｋｇ）。由于钢中的大型夹杂物主要是外来夹杂物，各种非稳定状态带来的大型夹杂物与正常坯比较，非稳态浇铸对铸坯质量影响之大。从以上分析可知，为保证ＩＦ钢稳定性，要做到以下几个方面：１）保证中包本体耐材、中包覆盖剂、结晶器保护渣质量，使用低碳、低氮耐材，防止ＴＯ含量增加和增碳；２）尽量减少非稳态浇铸，保持稳定浇铸。

３结论

１）头坯ＴＯ、Ｎ、Ｃ含量比其他铸坯高，且沿拉速方向呈现上升趋势，ＴＯ含量都在正常坯水平２．４倍及以上，平均比其他铸坯多０．００１５％以上，氮含量在正常坯水平的２倍以上，比其他铸坯高０．０００５％以上，头坯碳含量整体超过判定标准，Ａｌｔ、Ｔｉ含量比其他铸坯低，且沿拉速方向呈现下降趋势，尤其是头部１ｍ范围内比较明显。２）尾坯、换水口坯ＴＯ含量最低时都是正常坯水平，最高分别达到正常坯水平的１．６倍和２．２倍，氮含量波动范围分别为正常坯水平的１倍到１．３倍和１．５倍到１．７倍；Ｃ波动比较大，分别是正常坯水平的１．２倍到２．４倍和１．２倍到２．１倍；Ａｌｔ、Ｔｉ含量波动范围都不大。３）大型夹杂物含量最高的是头坯３４．３７ｍｇ／（１０ｋｇ），其次是尾坯２９．６７ｍｇ／（１０ｋｇ），然后是换水口坯、大包停浇坯，而正常坯的大型夹杂物含量基本都在１．２４ｍｇ／（１０ｋｇ）以下。４）总体来说，非稳态浇铸对ＩＦ钢的ＴＯ含量、碳含量、大型夹杂物含量影响很大，对其他元素也都有一定的影响，为保证铸坯质量，要尽量减少非稳态浇铸，保持稳定浇铸。

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