连铸用水口若附着了Al2O3夹杂,就会造成水口注入结晶器钢液的偏流及液面的波动,从而恶化铸坯质量,还严重影响多炉连浇顺利进行。对连铸用水口附着的Al2O3的机理,过去的研究多以无外因干扰的稳定浇铸条件为前提;本文则以钢液(脱氧出钢后)产生二次氧化的非稳定状态为基本条件,研究了连铸用水口的附着状态,描述了夹杂物的附着行为。
试验在新日铁·名古屋制铁所具有的H型中包的2CG(2号铸机)上进行:在中包内Ar气而未密封的条件下烧铸AL镇静钢;为查明中包内钢液二次氧化状况,从开浇起即按规定时间间隔从钢包水口位置(中包钢液流入点)和连铸水口位置(中包钢液流出点)采取钢样、供作分析Si和Al浓度。回收浇完后水口内的园柱状钢液凝块,由其纵、横断面调查了水口内Al2O3的附着状态,用SEM(扫描电镜)观察了附着物的外观形状,对代表性的附着物,则采用EPMA(电子探针)查明了其成分。另外,用残渣法电解,提取了铸坯切取试样中的夹杂物,将之进行埋入研磨后,再用EPMA分析了其成分。
从钢中Si、Al深度变化,确认了中包内由空气和钢包内衬引起的钢液二次氧化。并且,从铸坯提取的夹杂物成份分析结果,查明颗粒直径≥149μm的夹杂全是Al2O3质的,直径小的则是FeO系夹杂。因在1600℃与钢液平衡的FeO分压为8。1×10-4pa,在钢液受二次氧化时,在AL浓度下降的钢液表面生成FeO,在连铸时的中包内,一部分未被还原的FeO随钢流进入了结晶器内。
观察铸毕回收的水口内凝块,发现水口内形成的20mm厚附着层是由铁和白色或红茶色粉组成。用EPMA定量分析粉状附着物,其成分为Al2O3 (Al和O的摩尔比为3:2);而在Al2O3颗粒的外围和颗粒之间,则形成了FeAl2O4(Fe、Al、O的摩尔比为)1.0:1.9:3.9。因此,由上述事实可以认定,当连铸过程中钢液产生二次氧化时,生成的部分FeO从未还原状态流过水口,作为钢液中的Al2O3夹杂颗粒的粘结剂而附着于水口界面,这就是Al2O3夹杂颗粒在连铸水口界面的附着行为。