Investigationof the effect of Ti on clogging of feeding systems and its prevention forcontinuous slab casting
钛对连铸塞棒水口堵塞的影响及预防—附件A
A. 工厂试验
SALZF钢厂采用高炉-转炉-钢包精炼炉-真空脱气(VD)-板坯连铸机生产IF-ULC钢，图1中显示基本的生产工艺路线示意图。在项目开始时，3台LD转炉作为主要冶金容器，1台真空脱气炉和4台连铸机投入运行。在项目运行期间，一个RH真空脱气装置进行了安装并投入了使用。
图1 SALZF钢厂IF-ULC钢工艺生产路线
在图2中显示了连铸过程中不同参数随时间变化的过程。它显示了涉及Derthold系统相关的信号(1)，钢水液面电磁测量系统(2)，塞棒位置(3)，铸造测速技术(4)，液相穴位置即凝固末端位置(5)和AMEPA渣的信号检测系统(6)。到最后一炉钢浇铸结束能够看到，浇铸周期在3:47 小时和4:51小时之间，塞棒在某个时期上升，这说明水口堵塞现象发生，然后由于堵塞物被“冲洗”掉进入钢中，塞棒表现下降现象。
图2 不同连铸参数的时间相关过程(SALZF)
在VASL钢厂，IF-ULC钢采用高炉-转炉-钢包精炼炉-RH脱气-板坯连铸机工艺路线，或者是高炉-转炉-RH脱气-板坯连铸机的生产路线，图3中显示了生产路线示意图。目前有3台LD转炉、3台RH脱气炉、3台钢包精炼炉和4台5流连铸机投入使用，所有需要的IF-ULC钢级都需要经过RH脱气处理。不过，液态钢水的生产路线可以不同，部分钢包出钢后在钢包精炼炉升温(在此添加部分合金)，然后转移到RH脱气装置上。或者，钢水在高温下出钢，可以直接传递到任一RH脱气装置进行处理。在对钢包钢水脱碳后，使用铝沉淀脱氧，加入合金达到所需的元素含量，然后吊运连铸回转台上。
图3 VASL钢厂 IF-ULC钢种的工艺路线
图4显示了VASL钢厂连铸参数随时间变化的过程。在稳定的浇铸条件下，塞棒上升是由于塞棒和浸入式水口上夹杂物的沉积造成的，塞棒位置的急剧下降主要是由于塞棒上沉积絮流物的断裂跌落造成的，水口的堵塞对结晶器液面的影响非常清晰的，特别是塞棒上的絮留物突然断裂下落，塞棒明显下降是可以明显观察到的。
图4 不同连铸参数的时间相关过程(VASL钢厂)
VASL钢厂在之前的一个项目中进行了大量的基础调查，获得了以下认识: [5]
发现中间包液面高度对对塞棒和浸入式水口SEN内夹杂物沉积是有影响的，中间包液面越高，塞棒处夹杂物沉积越少，而水口SEN内夹杂物沉积就越多。
提高浸入式水口预热温度能够减少水口的絮流物沉淀。
ULC钢中Ti含量越高，塞棒和水口SEN处夹杂物沉积越多。
使用Ar/N2混合气体并不利于堵塞现象的解决，使用氦气的效果并不比使用氩气好。
清洁和堵塞
特别是对于铝镇静的IF-ULC钢种，虽然在液相冶金过程中没有明显的差异，但在钢水浇铸过程中会发生堵塞现象。为此，我们对钢包钢水处理过程和连铸过程中采集的试样进行激光发射光谱脉冲识别分析(OES-PDA)。某些钢种之间存在明显的相关性，但IF-ULC钢种目前尚未发现明显的堵塞依赖于非金属夹杂物NMI，一个可能的原因是夹杂物NMI数据的离散大，甚至在一个的试样上离散就很大。
图5描述了这种行为，其中对两个炉号(708829和708832炉) 进行分析，并给出了直读光谱仪OES-PDA 给出的钢清洁度数据。取样之间不再进行冶金操作，“nRH”表示“RH脱气后”，“VT”表示“中间包取样”。RH脱气后，没有“软吹氩”操作。横坐标上给出的数字是进行OES-PDA分析时候试样层的深度，单位是[mm]。在708829“nRH”试样中，除了1.6 mm深度的C含量外，化学分析([C]、[N]、[Ca]和[Mg])相当稳定。[Ca]峰值最有可能是由于电火花检测含Ca的非金属夹杂物。对于任何一种含Al的夹杂物类型，在100 μm范围内存在较大的散射。以夹杂物“AL_ES”中铝的总量为例，为了得出相关的结论，也尝试计算夹杂物类型的比率，这只导致“nRH”和“VT”样本的夹杂物水平总体不同，但也显示出了很大的散点。例如，比值“(AL_AC+AL_ACM)/AL-ES”，这是钙铝酸盐加上任何尖晶石类型除以总铝在夹杂物NMI是给定的。
图5 两炉钢(VASL钢厂)的自读光谱仪OES-PDA结果数据
非金属夹杂物中经过RH处理和中间包中8种不同炉号的总铝量平均值和标准差如图6所示。图左边所示的四个炉号(903403，812147，708847和718843)代表IF-ULC钢级，而炉号708734，708737，708829和708832是含磷的IF-ULC钢种。此外，还提供了一个“阻塞指标”(或多或少是一个阻塞指示器)。低值(<11)表示没有阻塞问题，高值表示明显阻塞。“AL_ES”的水平与堵塞完全无关——无论是RH处理后还是中间包中。IF-ULC钢级与P-IF-ULC钢级差异不明显，且分散较明显。
图6 RH处理后的IF-ULC和P-IFULC钢种和中间包(VASL钢厂)夹杂物中铝的堵塞指数与总铝量的关系
在对合金材料的分析中，发现“Ca”是一个呈显著变化的元素(仅指定为上限)，因此，钢试样中的钙含量——实际上与夹杂物中的钙含量有很好的相关性——也是一个需要研究的问题。在图7中，给出了之前讨论的8炉钢的钙含量，这里给出RH处理后和中间包钢水的钙含量数值。中间包试样中Ca含量存在明显差异，而RH处理后部分炉号处理中Ca含量存在明显差异，Ca似乎更有可能出现在易于堵塞的炉号浇铸中。
图7 RH处理后IF-ULC和P-IF-ULC钢试样和中间包(VASL钢厂)中Ca含量的堵塞指数
正如之前所指出的，即使中间包钢试样中没有钙，在经过RH处理后的试样中检测到钙含量和夹杂物NMI中的Ca也可能是堵塞的原因。到目前为止，最好的“相关性”如图8所示，对于之前讨论的8个炉号钢，取比值“(AL_ACM+AL_AC)/AL_ES”作为平均值及其在每个样本10层内的标准差，偏差很明显。无论如何，到目前为止，RH处理后测量的夹杂物NMI比率似乎是堵塞“估计”的最佳表示方式。
图8 RH处理后IF-ULC和P-IF-ULC钢试样和中间包(VASL)中的堵塞指数与夹杂物NMI比值
钛含量与堵塞
在VASL钢厂中研究了Ti含量对ULC钢液中夹杂物尺寸和堵塞的影响，结果如下:
钛含量越高，Al2O3的粒径越小，
钛含量越高，堵塞越严重。
在图9中可以看到Ti对Al2O3尺寸的影响，采用OES-PDA对5000余种不同钛含量的ULC钢水进行了研究，在这种情况下，测量了Al2O3的粒度指数，图10的分析结果显示，随着钢水中Ti含量的增加，Al2O3夹杂物的尺寸减小。
图9 钢中Ti含量对氧化铝夹杂物尺寸的影响[6]
采用两组ULC钢，一组Ti含量为0.05-0.07wt.%，另一组不含Ti(均于2014年1月至2014年5月在5号连铸机上生产)，研究了Ti含量对堵塞的影响。该评价采用了阻塞指数，图10显示了结果。含钛钢的阻塞指数大于不含钛钢的ULC，差异超过40%。必须指出，这两种钢的二次冶金工艺是相同的。
图10 钛含量对阻塞(VASL钢厂)的影响
A.1 事后分析
事后分析是理解堵塞机制的重要基础研究，堵塞的絮留物化学成分和形貌可以说明絮留物的来源和堵塞机理，图11左边是连铸浸入式水口SEN的部分，右边列出了三个不同区域的化学分析结果。区域1是水口SEN的耐火材料，区域2是絮留堵塞物，最后第三区是一个插入内套，用于减少堵塞。这个内套是不含碳的材料，可以证明，使用这种内套是可以减少堵塞的。
图11 连铸后的浸入式水口SEN底部有絮留物和不同区域的化学成分(SALZF)
阻塞沉积物的宏观观察
观察了阻塞沉积物在SEN内部的分布，基本上可以发现三种堵塞材料分布如图12所示:
沉积现象只发生在SEN内部，并增加到水口出口外部，水口上部是没有沉积物的。对于严重堵塞的特殊工况，可以通过更换塞棒和水口来继续浇注。
沉积从水口上部开始(在塞棒内堵塞)，并逐渐增加，直到水口的出口。
在水口上部发生强烈沉积，到出口逐渐减小，如果沉积达到一定程度，就必须停止浇铸。
图12 上水口内堵塞和浸入式水口SEN (VASL)分类
堵塞主要发生在中间包水口(上水口、塞棒区域)和水口浸入在钢水的部分，在图13照片的水口SEN堵塞是浇铸IF - ULC钢的情形。水口出口的原始几何形状为(60 × 80) mm2，内径约为φ70mm。絮留阻塞物的沉积使出口孔径减小，出口截面减小。在图13中，可见这种缩小现象的：出口端口面积从(60 × 80) mm2变为(40 × 40) mm2，内径从φ70 mm变为为φ35 mm。
图13 水口絮留沉积物照片(VASL钢厂)
在SALZF钢厂，堵塞主要发生在塞棒区域。这是由于使用了“抗堵塞水口”，在水口内径涂有无碳内衬，图14显示了一个被堵塞的水口照片，图14 (a)是水口堵塞总体情况，图14 (b)堵塞发生在塞棒区域，这里的水口内部具有涂层，没有看到堵塞现象，如图14 (c)所示。
图14 水口SEN堵塞沉积物照片(SALZF钢厂)
金相调查方法
取一块絮流沉积物材料进行形貌和化学成分的研究，见图15，提出了一种鉴别沉积物的新方法。众所周知，沉积物在扫描电子显微镜(SEM)中的位置决定了显微图像质量和能量色散x射线分析(SEM/EDX)分析质量，对于如图15所示的一块堵塞物材料，很难在所有样品的SEM中得到相同的位置。通常情况下，IF-ULC钢的堵塞材料很小，而且松散固定在水口上，只需用手指接触就可以轻易地去除。
图15 水口上部堵塞物和水口 (VASL钢厂)
图16说明了调研的方法，图16 (a)显示了堵塞材料的碎片和在一张纸上破碎的堵塞颗粒。图16 (b)对应的是SEM-图像，使用这种方法可以获得清晰的颗粒形貌和更精确的化学成分。
图16 调研方法(VASL钢厂) (a)落在纸上的堵塞物质，(b)扫描电镜显微照片
堵塞材料的形态和尺寸
使用扫描电镜研究阻塞材料的形态和粒径，给出解释的方法。选择三种不同位置的堵塞材料进行扫描电镜SEM研究。图17显示了这些位置：区域1靠近水口SEN，区域3靠近钢水，区域2在两者之间。
图17 水口堵塞物位置(VASL钢厂)
Area 1、Area 2、Area 3材料的扫描电镜图如图18 (区域 1)、图19 (区域 2)、图20 (区域 3)所示。可以看出，堵塞物由小颗粒组成，大部分为粒径小于5 μm，颗粒有不同的形状：球状、树枝状和柱状。
图18 区域1阻塞物的扫描电镜图(VASL钢厂)
图19 区域2阻塞物的扫描电镜图(VASL钢厂)
图20 区域3阻塞物的扫描电镜图(VASL钢厂)
堵塞物材料显示不同的组织形态和占有量，堵塞颗粒分为三组，如图21所示：球状或类似形状，树枝状和柱状。
图21 堵塞材料的形态(VASL钢厂)
球形、树枝状和柱状堵塞物的分布状况是一个重要的信息，图22显示了调查地点(区域 1、区域2和区域3)的这些类别的所占的比例。
图22 球状、树枝状和柱状堵塞材料的份额比例(VASL钢厂)
球形占50%，柱状占35%，树枝状占15%，这种观察是独立于检查的位置。
堵塞粒径结果如图23所示，图23 (a)显示，超过85%的球状颗粒的尺寸小于5 μm。从图23 (b)和图23 (c)可以看出，超过50%的柱状颗粒长度大于5 μm，而只有11%的枝状颗粒长度小于5 μm。
图23 堵塞颗粒大小分布(VASL钢厂)
所研究的堵塞材料没有显示堵塞颗粒
球形大于15 μm，
具有树枝形状和大于35 μm的柱状结构。
沉积材料的化学分析
采用x射线能谱分析(SEM/EDX)对堵塞物材料进行了化学成分分析，再次从已经提及到的区域1、区域2、区域3提取样本，见图17。每个分析区域的大小设置为(0.5 x 0.5) mm2。在这些区域检测到了Al、Ti、Mg、Fe和O等元素。这意味着Al2O3, TiO2, MgO可能是堵塞沉积材料或另外更为复杂的形式。
表2列出了Al2O3、TiO2、MgO和Fe的含量，区域1和区域2的堵塞物中铁含量在44 ~ 52mass%之间。在靠近钢水的区域3中，铁的含量大约是9%。TiO2含量在1.5 - 2.2mass%之间，在所有调查地点没有明显的偏差。区域1和区域2的堵塞材料中Fe含量明显偏高的原因尚不清楚，假设堵塞材料的形态起了一定作用。在组织研究中(见上文)，可以给出一些信息。IF-ULC的堵塞材料主要是Al2O3，由球状、树枝状和柱状不同形态的颗粒组成，这种堵塞材料具有较大的孔隙率，对钢液的吸收能力较好。无论如何，这是一个有趣的问题，需要更多的调查，它将提供更多关于堵塞机制的迹象。
表2 堵塞物(VASL)的化学分析%
为了更好地了解堵塞机理，对堵塞颗粒进行了化学分析，进行了选择性能量色散x射线分析(EDX)。图24显示了分析结果，这里注意到EDX分析不能提供确切的化学成分。表2和图24仅为参考值，如表2中区域1中TiO2的化学成分为1.47 mass%，该值确认是Ti或TiO2，但该值可能在0.5和3%mass%之间变化。
图24 阻塞粒子的EDX分析(VASL钢厂)
根据表2和图24的结果可以得出以下结论:
检测到的颗粒大部分由Al2O3、TiO2和MgO组成，主要成分为Al2O3。
没有发现仅由TiO2和MgO组成的颗粒。
阻塞指数
在SALZF钢厂和VASL钢厂，钢水从中间包到结晶器的流动是由塞棒控制，即塞棒的位置是钢水流动状况的最明显的衡量标准，它表示堵塞或塞棒侵蚀。无论如何，对于不同的连铸拉速、板坯规格形状、钢种以及中间包结构，塞棒位置的值是无法比较的。因此，无论是在一家钢厂内部，还是在不同钢厂之间，这都是一个不足以表达堵塞的指标。为此，设计了一个堵塞参数“堵塞”，该参数给出了塞棒在[mm/t]连铸材料中的位置。计算方法如下:
（1）
只有当∆H的值大于零，并且没有进行中间包更改时，才建立这个和。Clog可以用[mm/t]的平均值表示，持续30秒。对于板坯或一炉钢，其中∆H计算为
（2）
在过去30秒内，塞棒位置的平均值表示为。计算出的塞棒位置为：
（3）
根据连铸的拉速计算出表观的塞棒位置Hst_ist和所希望的塞棒位置Hstsoll，钢水静压和中间包偏移的几何位置，所有数量都以毫米为单位。Clog给出了在塞棒上“被堵塞的材料”的总数，因为只考虑了正的塞棒偏差，不包括“烧氧疏通”或塞棒折断情况。
对于一个典型的连续浇筑6炉钢Ti-IF钢种的一个浇次中间包，图25描绘了最重要的性能趋势。浅蓝色的线给出了钢包打开开浇(100%)或关闭(< 100%)的时间。中间包的液面用品红线表示，品红线与钢包滑动水口开口度密切相关。红色的阶梯函数给出了板坯的编号。黑线表示连铸拉速，单位是[m/min]，橙色线表示连铸产能[t/min]。从这两方面可以得出结论，尽管所有的浇铸炉次，连铸的规格和产能是不变的，仅仅是在第4炉信号发生波动，这是表明更换水口。蓝色信号是结晶器内钢水液面位置，最后，绿色的线表示是塞棒的位置。
图25 林茨(VASL)钢厂连续6炉Ti-IF钢连铸特性
从塞棒位置来看，很明显在第1到第5炉期间出现了轻微的堵塞，只有最后的炉号显示明显的堵塞现象，表明堵塞造成停浇(最后一炉钢的中间)。在第4炉钢(更换水口)塞棒位置变化也比较明显。Clog的评估只考虑了塞棒位置的正向变化。因此，希望浇铸更多的炉号，至少4炉，预期6炉。
在图26中，Clog显示了已经描述的6炉钢。很明显，给出的平均堵塞指数Clog与图25(绿线)中给出的塞棒位置相关。
图26 给定的连铸中间包浇次，对应的浇铸炉号数量平均阻塞指数(VASL钢厂)
在图27中给出了指数Clog的更详细的趋势，对于每一个在浇铸顺序随后的铸坯平均值[mm/t]显示典型的Clog行为。对于第一个和最后一个铸坯，指标明显是高的，因为头坯和尾坯条件不稳定，从堵塞行为中就可以看到这种现象。高的Clog数值的板坯号No19变化看出水口在更换中。对于第10、21和26板坯，也可以看到钢包更换对其的影响；尽管Clog它们变化波动不那么明显。
图27 平均阻塞指数(VASL钢厂)
图28显示了几种浇铸特性和在SALZF钢厂连续三次炉号Clog的评价。塞棒位置用蓝色表示，位置变化不明显，Clog评价值仅为0.10 mm/t和0.20 mm/t。第三炉浇铸时，塞棒位置必须增加，表明出现了堵塞问题。因此，这里对应的Clog值为1.24 mm/t。
图28 三炉连浇每炉的浇铸特性和阻塞情况(SALZF钢厂)
图29展示了一个增强的阻塞指数的第一次计算，即一个指数也考虑了Clog的负值。对几块板坯连续三炉钢的塞棒位置，得到了正堵塞指数Clog和相应的负堵塞指数Clog。如果板坯的塞棒位置发生显著变化，即塞棒位置出现峰值，则其特征是之前的Clog值较大，而当前炉的Clog负值较大。这种情形可作为絮留沉积物跌落到钢水中，可以指示相应板坯中有大型夹杂物的可能。
图29 增强型阻塞指数(SALZF钢厂)
表3包含了正阻塞指数和负阻塞指数的值，这些值用颜色分开表示。随后的炉号与大的正阻塞指数，然后一个大的负指数可以认为絮留物跌落到钢中。在表3中，46983-01、46983-04和46983-08显示出最为清晰的这种迹象。
表3 增强型堵塞指数评价(SALZF钢厂)
A.3 脱气工艺路线的影响
本研究项目的一个组成部分是比较两个不同钢厂SALZF和VASL的真空脱气策略，在SALZF钢厂使用的是VD工艺，VASL钢厂走的是RH路线。项目的工业合作伙伴会面两次，以交换数据和同质化堵塞检测的评价标准。表4显示了P合金钢水和不含P合金钢水的两个钢厂的主要工艺数据。很明显，在VASL钢厂，使用RH工艺，脱氧前的氧含量显然较低。在SALZF钢厂使用的Al和Ti的量明显增加，从脱氧到连铸开始的总时间也明显增加。这些结论对于P合金和不含P合金都是有效的。
表4 两个钢厂的工艺数据(SALZF/VASL)
在VASL钢厂，对Ti-IF和P-IF钢级的OES数据分类显示，2016年第一季度数据点分散显著。因此，考虑的数据库在2016年第二和第三季度，数据得到了增强。随后，将OES-PDA数据作为所选工艺参数(Al添加前的氧含量、加Al与Ti合金化之间的时间跨度、合金添加与RH处理结束之间的时间)的函数进行分析。图30显示了计算出的氧含量(%)与检测到的非金属夹杂NMI总含量(%)的对比。散点图显示偏离线性相关的较大值的计算氧含量。
图30 2016年一季度至第三季度氧含量与总铝含量(VASL钢厂)
在VASL钢厂，IF钢中大约50%的非金属夹杂物是纯的Al2O3，剩下的夹杂物是：钙铝酸盐，尖晶石和铝钛酸盐。图31显示了在2016年第一季度的炉号中发现了多少含Al 的夹杂物分类，该分析是在RH处理后钢包取样和中间包内取样进行的。可见，在RH处理结束到中间包之间，含铝夹杂物的数量增加是明显。对P-IF和Ti-IF钢种的OES-PDA分析没有展现出与工艺参数或堵塞发生的明确相关性，从而无法得出任何有关单个炉号的结论。非金属夹杂物的主要类型是含铝夹杂物，其中纯Al2O3约占50%，对试样几个层面进行了OES-PDA分析，数据差异大于100%。
图31 2016年第1季度Ti-IF和P-IF钢级冶金数据(VASL钢厂)
在SALZF钢厂的 OES-PDA数据上比较了无钙处理和钙处理的结果，基本上，无Ca钢种显示较大的Al信号中位值，铝与钙的化学键被用来解释这种行为。在没有Ca的低碳St15钢种中，Al信号值最大，这里Al是在真空处理后加入的，即钢水和渣之间的反应时间缩短。ULC钢种的Al信号表现出较大的散射，可能是由Ca材料(CaFe)引起的。
对于经钙处理的钢种，Al的OES-PDA信号中位值随Si含量的增加而降低，真空处理进一步降低了这些值。假设由Si或者是真空处理增加了O2的化学键是这种行为的原因，经真空处理的碳钢和回火钢的Al+Ca中位值均低于未处理的值，但Al含量< 0.015%时，中位值较大。同样，真空处理增加了O2的结合键用来解释这一观察结果。
在SALZF钢厂, ULC钢和无硅钢显示出最大的(Al+Ca) OES-PDA信号值。尽管如此，它们Al的 OES-PDA值中位值低于其Ca处理钢。这些数据表明了钙处理对ULC钢的冶金效率，即Al2O3夹杂物的改性。与无硅钢相比，未经过Ca处理的钢显示(Al+Ca) OES-PDA信号中位值增加。
在项目运行期间，SALZF钢厂的工艺路线更改了两次。早期第一个的变化是对钢的钙处理，堵塞问题显著减少。只有少数炉号的钢水没有进行钙处理。第二个变化是安装和实施RH脱气装置作为钛稳定ULC钢的首选工艺路线，由于冶金方面的原因，Ca处理不能应用于RH工艺路线。可以扩展WP4中的分析，使两条工艺路线在同一连铸机上生产进行比较。对于上述比较，781炉号的VD路线和697炉号的RH路线的评估在SALZF钢厂进行。图32显示了VD路线和RH路线的平均Al含量和平均Al添加量。RH工艺路线铝含量较低，Al添加量也低。但铝的收得率，即铝含量与铝添加量的比值，提供了较多的铝的利用率方面有用的信息，RH工艺铝的收得率要高15%
图32 IF钢的Al含量(SALZF钢厂)的VD工艺和RH工艺比较(a)平均Al含量(b)平均Al添加量
图33为VD和RH工艺路线的平均Ti含量和平均Ti添加量。同样，RH工艺钛含量低，添加Ti量也低，Ti收得率大约高12%。
图33 对比IF钢VD路线和RH路线中Ti含量(SALZF钢厂) (a)平均Ti含量(b)平均Ti添加量
表5总结了上述VD和RH工艺比较的主要结果，得出的主要结论是二次冶金的RH工艺缩短50%时间，最终Ti-和Al含量在RH路线较低，而Ti-和Al的收得率较大。
表5 将IF钢工艺参数从VD改为RH工艺路线(SALZF钢厂)
采用OES-PDA对RH也VD两种脱气工艺的非金属夹杂物进行分析，图34显示了在VD和RH路线下IF钢的微小夹杂物(Al+Ca+Mg)浓度含量。并对标准IF钢种和磷合金IF钢种牌号进行了进一步比较。箱形图非常清楚地表明，RH脱气工艺处理的钢中微小的夹杂物的浓度含量比VD低的多，标准IF钢和磷合金IF钢之间不能观察到显著差异。
图34 08/16 ~04/18期间IF钢(Al+Ca+Mg)微小夹杂物浓度的箱型图(SALZF钢厂) （译注：估计是指2016年8月到2018年4月）
图35再次显示了在VD和RH两种工艺路线(标准IF钢和磷合金IF钢)产生的IF钢的微细夹杂物(Al)浓度含量。在这里看出，RH生产的IF钢的微细夹杂物浓度含量水平略大于VD生产的IF钢。标准和磷合金化IF钢等级之间观察不到显著差异。
图35 08/16 ~04/18期间IF钢(Al)微细夹杂物浓度含量的箱型图(SALZF钢厂)
A.4 铝镇静后时间和Ti/Al比的影响
在VASL钢厂试验中，评估RH脱气过程中非金属夹杂物NMI的演变，感兴趣的参数是夹杂物的数量及其类型。据报道，在RH脱气结束和连铸过程中，在VASL钢厂的IF钢的夹杂物主要为(> 50%)铝酸盐，这对于夹杂物的数量和类型来说都是适应的。铝酸盐含量是铝酸盐与指定区域(通常为100 mm²)上发现的所有夹杂物NMI的比值。此外，还研究了铝镇静以及合金化后的非金属夹杂物的演变。
图36显示了计算的氧含量“O_BER”和测量的铝酸盐含量“ALA_A”的平均值，两者都以%表示，与RH脱气过程中铝镇静后的时间绘图表示。时间在铝镇静后以分钟计算。第14分钟和第18分钟分别是脱气期间进行的最后一次测量。第分钟25和第30表示在连铸机取的两个试样。转换为铝镇静后的时间大约是40分钟和45分钟。
图36 铝镇静后的氧含量和铝酸盐的平均值与时间关系(VASL钢厂)
对Ti-IF钢和P-IF钢，铝镇静后总Al量下降较快。在8分钟期间内，含铝量数值分别在脱气和/或连铸结束时达到典型的数值，计算出的氧含量也是如此。Ti-IF和P-IF钢种的绝对数字差别很大，这是由于单个测量的数值高度分散(相对数量约为50%)，由于其复杂性，图36中并没有描述出来。无论如何，在钢水镇静之后，任何时间的“O_BER”/“AL_A”的比值都接近50%。所考虑的炉数各为6炉。
已经指出，在VASL钢厂，由于RH脱气手段，在连铸过程中取样分析显示比RH脱气后的非金属夹杂物数量上升。计算出的全氧值在20ppm和30ppm之间，这同样适用于被调查的两类钢种。
图37显示了这两类钢种铝镇静后尖晶石夹杂物与时间的关系，很明显，对于这些类型的夹杂物，在RH脱气过程中，含量也在8分钟内下降，达到低于5 ppm的水平。经过二次冶金处理后，夹杂含量再次增加。很明显，夹杂物中钙含量很低，这应该是非钙处理钢的情况。可以清楚地看出Ti-IF和P-IF钢种总氧含量差异较大的原因是：即尖晶石。这种差异不被认为是典型的IF钢的RH处理的结果，但更可能是由于后续炉次的不同采样周期(天)而产生的时间效应。
图37 尖晶石型夹杂物NMI的平均值与铝镇静后时间关系(VASL钢厂)
在研究全氧和夹杂物NMI的同时，研究了铝镇静/合金化后钢液中随时间变化的铝和钛含量。图38给出了与图36和图37的炉次相关的曲线图。结果表明，脱气过程中铝含量在8min内稳定，夹杂物NMI含量和计算的总氧含量基本保持一致。钛似乎均匀化更快，这在某种程度上是令人惊讶的，考虑到RH处理期间的高度动态过程，当钢水的取样只在钢包体积内的一个点完成(钢包容量为175吨)。Ti-IF和P-IF钢的Al和Ti含量略有不同。当炉渣中FeO和MnO含量足够高时，Al和Ti的烧损明显，导致Al损失~100 ppm, Ti损失30 ~ 50 ppm。
图38 铝镇静/合金化后IF钢中Al和Ti含量随时间的变化(VASL钢厂)
在VASL钢厂 IF钢种二次炼钢渣富含FeO和MnO，炉渣中铁和锰的氧化物含量与钢中总氧含量达到平衡，出钢时候没有铝镇静。
典型的渣化学计量图如图39所示，三元渣系每种化合物从0%到90%，各轴在RH除气前MgO含量为~ 11%，处理后由于在RH处理过程中用铝镇静后略有变化至~ 10%。黑色方块表示LF处理前出钢后立即产生的二次渣，红点表示RH除气前的炉渣，蓝三角形表示RH处理后的炉渣化学计量。LF处理过程中炉渣变化不大，这是由于电弧的作用和在极少数情况下添加少量石灰造成的。RH脱气期间铝镇静作用，由于氧化铝含量的增加，实际上只影响二次渣的成分。在RH处理开始和结束之间，MgO、FeO和MnO含量没有明显变化。
图39 Ti-IF、P-IF钢种二次精炼渣(VASL钢厂)
应用附录A.2中介绍的Clog指数对堵塞现象进行进一步调查，研究了不同的Ti/Al比和不同的Al和Ti含量。
根据Al含量，从0(即无钛IF钢)到2.5以上的Ti/Al比值如图40所示，当Ti/Al比较低时，合金的浇铸特性看起来较好，即堵塞较少。不管什么情况，在Ti/Al比为>2.5的两个因素的范围内，所得数据的偏差为~ 0,30 mm/t，炉数小于10。
图40 不同Ti/Al比Ti- IF钢的堵塞指数(VASL钢厂)
当Clog作为图41中Ti和Al含量的函数给出时，数据的意义发生了变化。一方面，这一趋势或多或少地变成了一种明显的趋势：较低的Ti含量而较高的Al含量会减少堵塞。
图41 不同铝钛量程Ti- IF钢的堵塞指数(VASL)
另一方面，表6中列出的单个区内的炉数更具有统计意义，除了对应区0.06 < Ti < 0.09和0.06 < Al < 0.09的11炉，每个区域的偏差再次在0.02 mm/t到0.04 mm/t之间。必须注意的是，“经典”Ti-IF钢由两个中心区域0.03 < Al < 0.09表示。总之，所有其它炉是Ti-IF钢级，也没有明显的其它合金。
表6 在相应的Al / Ti范围内的炉数(VASL钢厂)
在VASL钢厂，根据图40和图41所示的堵塞趋势迹象以及UNILEOB-FM进行的实验室试验和研究的结果进行了工厂试验，在第6号连铸机生产Ti-IF钢一周的时间里，每炉钢铝镇静的铝量增加40kq。在这些试验中，平均每炉钢为175t,，Al含量的理论增加应该是~ 230ppm(比较表6)。总之，Al的烧损增加了10ppm。结果表明，Al的平均含量为610ppm ± 40ppm， Ti的平均含量为570ppm ±35ppm,，Ti/Al比为~ 0.93，Clog平均值为0.090 ±0,017，略优于图41和表6中主要区域给出的值。
由于堵塞较少，VASL钢厂的中间包每一个浇次中的更换水口SEN数量减少，或每个水口SEN浇铸的炉数或板坯数量增加。因此，由于水口SEN更换而降级铸坯数量减少。虽然无法证明钛铝比对最终带卷质量的影响，但总体收得率提高了。
Voestalpine Stahl定量来看铝/钛比的变化带来的回报，下面估计基于钢厂的数据：铝耗增加0.23公斤/ t乘以~ 2 00€/公斤(平均的Al合金成本按照2017年数据)导致Ti-IF钢的成本增加约0.46欧元/吨。回报是因为减少了堵塞，减少了水口(或增加了中间包每个浇次的炉数)的数量。因此，需要降级或报废的板坯数量减少。假设每炉重175t，每个中间包浇铸平均5、7炉，2017商业年度连铸Ti-IF钢种总数为945 kt，大约估计最大的经济效益可达105.000欧元，即考虑到VASL钢厂不到4年就可以回收项目成本417.000欧元。
此外，在SALZF钢厂中，Ti/Al比值从0(即无钛IF钢)到高于3.5的RH路线的Clog指数进行了评估。根据Al含量的不同，结果如图42所示。随着Ti/Al比的增加，堵塞明显增加。在Al范围为0.03到0.06mass-%时，可以发现Clog的最大值。结果与VASL钢厂定性的结果是一致的。必须指出的是，在某些给定范围内，试样尺寸较小。明确的大多数试样给出的铝含量范围从0.03到0.06mass%，统计分析的更多细节将在下面给出。
图42 RH路线中不同Ti/Al比Ti- IF钢的阻塞指数(SALZF)
在VD路线中，从0(即无钛IF钢)到3.5以上的Ti/Al比值也进行了Clog指数d 评估。根据Al含量的不同，结果如图43所示。这两个工艺路线的主要区别是指数Clog的大小，在VD路径中，这些值明显更低。由于冶金方面的原因，这是预料之中的。另一个分歧可以观察到，Al的范围在0.03到0.06和0.06到0.09之间，阻塞指数随着Ti/Al比的增加而减小。但必须再次提到，这种情况发生在一个明显较低的水平上。
图43 不同Ti/Al比的Ti-IF钢在VD路线中的阻塞指数(SALZF钢厂)
在图44中，SALZF钢厂的阻塞指数取决于Ti和Al的含量，正如在图41中对VASL钢厂所做的那样。同样，已经观察到的趋势或多或少地变成了一个明显的趋势：随着Ti含量的减少和Al含量的增加，堵塞的发生率降低。同样，必须指出的是，在某些观测范围内，试样数为零或很低。
图44 RH路线中不同Al和Ti范围Ti-IF钢的堵塞指数(SALZF钢厂)
根据VD路线中Ti和Al含量对Clog指数的评估如图45所示。同样，这个幅度明显低于RH路线。然而，VD路线的钢与RH路线的钢相比是进行了Ca处理。对于所有检测的Al含量，通过观察可以证实Ti含量的影响，Ti含量越低，Clog指数越低。但铝含量的影响尚不清楚。在Ti为 0.03 - 0.06范围内，趋势与其它范围相反。铝含量越低，指数越低。但是由于统计分析的样本数量不足，这种行为的有效性应该判定不足的。
图45 不同Al和Ti含量范围的Ti- IF钢的VD路线阻塞指数(SALZF钢厂)
用于统计分析的样本数见表7。很明显，大部分炉次显示Ti含量在0.06 ~ 0.09之间，对于其它钛含量范围的样品数量很低，这在一定程度上与VASL钢厂的炉次相反，后者的含钛量较低的炉次较多。
表7 RH和VD路径中Al和Ti各自范围内的炉数(SALZF钢厂)
两个钢厂工业连铸机的主要结论非常一致，这是意料之外的。事实上，Clog指数的幅度对于不同的工业大生产的连铸机是不同的，即它在VASL钢厂较低。堵塞指数主要取决于测量塞棒上升高度，该高度是针对所需的钢水流量进行处理的，它取决于所考虑的连铸机的几何结构，影响参数可以是塞棒尖端的设计，水口SEN内径，中间包的设计和钢水成分，这些参数对塞棒尖端的压力分布及相应的塞棒升高有明显的影响，也许这可以解释Clog指标的观察范围的变化。
在SALZF钢厂目前的状态下，比较新的RH脱气装置正在运行，工业效益的最终判断是困难的。目前还不清楚RH脱气装置是否处在设计的理想条件下操作。例如，Ti含量及其Ti/ Al比值不在VASL钢厂较低的范围内，这可以在表6和表7中重现。
（未完待续哦！）
