含钛超低碳钢水口结瘤机理及改进措施

       作为含钛超低碳钢中的典型代表，IF钢在汽车制造业得到广泛应用是因为它具有优异的深冲性和非时效性。沿炼IF钢时用Al进行脱氧，在IF钢中加入Ti、Nb等元素后可将C、N等间隙原子完全固定成碳氮化合物，从而得到无间隙原子的洁净铁。这些特点决定了IF钢中非金属夹杂物含量较低，主要是Al2O3和TiN以及二者的复合物。虽然IF钢中非金属夹杂物的含量相对较低，但是对有着严格质量要求的IF钢而言，其影响仍然不能忽略。

　　SEN水口结瘤的过程十分复杂，产生结瘤的条件很多，且各种因素互相影响。对结瘤物的类型进行总结后主要有四种：铝酸钙型、硫化钙型、镁铝尖晶石型和氧化铝型。浇钢时，水口内壁上夹杂物的附着和被钢液冲掉的过程持续进行。低熔点的氧化物会侵蚀水口，难熔氧化物导致结瘤的形成。

　　科研工作者做了很多的工作致力于解释水口结瘤的机理，基于以下基础提出来多种理论：钢液与水口耐材中的成分反应;Al2O3和钢液间有界面张力存在;水口内壁上有界面张力梯度存在。目前公认的结论是：钢液中的夹杂物在水口内壁上不断沉积形成结瘤层，主要的夹杂物有Al2O3、MgO、MnO2和Ti的氧化物等通过实验研究和现场生产可知，水口内的紊流区容易产生结瘤，水口入口和出口都是主要的紊流区。国外曾有冶金工作者将圆柱形水口倾斜80°进行浇注，浇注结束后，在水口上部的紊流区出现严重的结瘤现象，而水口下部的层流区则未发生结瘤。

　　Rackers等将浸入式水口结瘤的形成机理分为四类：二次氧化造成水口结瘤：水口内壁上高熔点脱氧产物附着烧结;钢液温度降低析出Al2O3;钢液与耐材的化学反应。实际上结瘤物的形成是在几种机理同时进行下产生的，具有很复杂的根本原因。此外，不同钢种和不同的冶炼和浇注工艺下，水口结瘤物的差别也很多，而且结瘤物在不同部位上也存在差别，研究不同钢种的形成结瘤物机理的要具体问题具体分析。

　　实际生产中发现，含钛超低碳钢在浇注时出现的水口结瘤情况要比其它钢种的结瘤程度更高，钢中Ti的含量越高水口结瘤越严重。某家钢厂用双流中间包浇注6炉Ti-IF钢时，水口严重结瘤，在每次浇钢过程中进行2~3次水口更换，并且冷轧后钢的表面由Al2O3系夹杂物导致的缺陷很严重。

　　国内外对含钛超低碳钢水口结瘤机理及改进措施都有一定研究。Lehmann等研究发现，在含钛铝镇静低碳钢中的夹杂物主要为TiOx-Al2O3，这种含Ti的二元相夹杂物和钢液的润湿性比纯Al2O3更好，这些与钢液润湿性很好的夹杂物悬浮在钢液中很难分离，容易在水口内壁上附着，引起水口的结瘤堵塞。Ogibayashi等认为Ti-AI-O夹杂物附着在Al2O3的外层形成与钢液的润湿性也很好的复杂氧化物，因此Ti-Al-O夹杂物也不容易从钢渣界面分离。Wang等研究结果表明，控制钢液中夹杂物形状的决定因素是Ti和AL含量的比值，当wTi/wAi的比值介于1/4-1/2时，夹杂物的形态大部分不规则，钢液中夹形态不规则的夹杂物不容易去除，容易引起水口堵塞。