IF钢连铸开浇工艺对头坯洁净度影响的研究_李源源

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工程科学学报，第 45 卷，第 6 期：899−906，2023 年 6 月Chinese Journal of Engineering, Vol. 45, No. 6: 899−906, June 2023https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2022.04.15.001; http://cje.ustb.edu.cnIF钢连铸开浇工艺对头坯洁净度影响的研究李源源1,2)，张炯明1)✉，崔衡3)，尹延斌1)✉，邓深2)，杨剑洪1,2)1) 北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室，北京 100083   2) 柳州钢铁股份有限公司，柳州 545002   3) 北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心，北京 100083✉通信作者，张炯明，E-mail:jmz203@sina.com;尹延斌，E-mail:ustbyby@ustb.edu.cn摘要IF钢连铸开浇过程头坯洁净度水平较低，目前各企业一般将开浇坯作判废或降级处理，这导致了产品质量不稳定，成材率低等问题.为研究IF钢非稳态开浇阶段连铸坯的洁净度水平及优化措施，采用现场取样、检测分析及数值模拟计算相结合的方法，分析了IF钢开浇阶段不同拉速变化曲线条件下连铸坯沿拉坯方向的洁净度变化规律.通过实验检测发现沿拉坯方向头坯T[O]、[N]及显微夹杂物含量呈现明显下降趋势，距离头坯头部6 m处 T[O]含量为13×10−6，接近正常坯水平，距离头坯头部7 m处 [N]含量约为19×10−6，接近正常坯水平，开浇工艺对于连铸坯T[O]、[N]及显微夹杂物含量影响不大.匀速、前快后慢和前慢后快三种拉速工艺条件下，大型夹杂物在距离头坯头部2 m处的质量分数约为0.2 mg·kg−1，但之后均存在不同程度的大型夹杂物数量波动现象，而前快后慢工艺影响范围最小，在5.5 m后均达到正常水平.通过数值计算同样发现，前快后慢的提拉速工艺条件下产生的头坯洁净度更快地接近正常坯洁净度水平（约开浇430 s后，对应拉坯5 m）.基于本文研究，提出了一种优化的IF钢连铸开浇过程提拉速的工艺方法.关键词IF钢；连铸坯；开浇；拉速；洁净度分类号TF777.1Effect of casting speed rising on the cleanliness of IF steel slab during the initial castingstageLIYuan-yuan1,2)，ZHANGJiong-ming1)✉，CUIHeng3)，YINYan-bin1)✉，DENGShen2)，YANGJian-hong1,2)1) State Key Laboratory of Advanced Metallurgy, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China2) Liuzhou Iron & Steel Company, Ltd., Liuzhou 545002, China3) Collaborative Innovation Center of Steel Technology, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China✉Corresponding author, ZHANG Jiong-ming, E-mail:jmz203@sina.com;YIN Yan-bin, E-mail:ustbyby@ustb.edu.cnABSTRACT    During the initial casting stage of the IF steel, the cleanliness of the first slab deteriorates. Steel plants treat the initialcasting slabs as waste or demoting products. Moreover, the cleanliness deterioration of initial casting slabs leads to unstable quality andlow product yield. In the present study, to investigate the cleanliness of continuous casting slabs and the optimization measures duringthe initial casting stage of the IF steel, the cleanliness of the initial casting slabs is evaluated by field sampling and experimental analysis.Moreover, the effect of the casting speed rising method on the cleanliness of the IF steel slab during the initial casting stage isinvestigated. Additionally, numerical simulations are conducted to reveal the level of fluctuations of the molten steel in the mold duringthe initial casting stage. The results show that the variations in T[O], [N], and the content of microinclusions in the slab decreaseobviously along the casting direction. The contents of T[O] and [N] in the slab reach the normal slab level of 6 m (approximately 13×10−6) and 7 m (approximately 19×10−6) away from the dummy bar head, respectively. Nevertheless, the effects of the casting speed rising收稿日期:2022−04−15基金项目:国家自然科学基金资助项目（52104320，51834002）；中国博士后科学基金资助项目（2021M690371）

1· 900 ·工程科学学报，第 45 卷，第 6 期method on the contents of T[O], [N], and microinclusions in the initial casting slabs are inapparent during the open casting process. Forthe three conditions of open casting (different casting speed rising methods), the contents of the macroinclusions in the slab reach thenormal slab level of around 2 m (approximately 2 mg/10 kg) away from the dummy bar head, respectively. Subsequently, the fluctuationof the macroinclusion content can be determined. Furthermore, under the condition of“quick-slow”casting speed rising, the fluctuationcan be quickly alleviated, and the macroinclusion content normalizes. Numerical simulations reveal that the variations in the fluctuationlevel of the molten steel at different positions (near the nozzle, a quarter of the width, and near the narrow face) in the mold during theinitial casting stage of the three casting speed rising modes are similar. First, the fluctuation level is extremely intense. Then, thefluctuation level gradually weakens for some time. Finally, the fluctuation level of the molten steel at different positions in the moldstabilizes. Additionally, the numerical simulation results reveal that the slab cleanliness can quickly normalize (430 s after initial castingand about 5 m away from the dummy bar head) under the“quick-slow”casting speed rising mode during the initial casting stage.KEY WORDS    IF steel；continuous casting slab；initial casting stage；casting speed；cleanliness无间隙原子（Interstitial Free）钢，简称IF钢，具夹杂物含量最高的是头坯.彭其春等[20]进行了针有极优异的深冲性和无时效性，作为第三代冲压对低碳钢同一浇次阶段铸坯（头坯、正常坯和尾用钢在汽车、家电等行业内广泛使用[1].IF钢对于坯）的洁净度水平的研究，研究表明开浇时钢水的表面质量要求极高，但其冷轧板表面缺陷是一个二次氧化严重，而浇铸末期钢水二次氧化较轻，开亟待解决的共性问题，困扰着各大生产厂家[2].其浇和浇铸末期由于拉速波动导致结晶器卷渣严中，与连铸过程密切相关的表面缺陷主要有：鼓重.肖鹏程等[13]对某钢厂IF钢稳态坯及非稳态坯包、翘皮、灰线和孔洞[3−4].这些缺陷是由连铸坯洁净度水平进行了对比研究，研究发现开浇头坯皮下夹杂物、气泡、保护渣“卷渣”以及表面夹渣洁净度最差，主要是由于开浇时钢水在中间包内等缺陷演变形成的[5].各种连铸非稳态（尤其是开发生较为严重二次氧化，而钢包交换和更换浸入浇）状况，存在拉速变化、中间包和结晶器液面波式水口时钢水受到的空气二次氧化较小，但是钢动频繁等问题[3,6−7]，导致非稳态连铸坯洁净度明渣反应和卷渣行为较为严重.此外，尾坯洁净度受显低于正常坯，非稳态连铸坯生产的IF钢冷轧板到空气二次氧化和卷渣的共同影响.Wang等[17]表面缺陷发生率明显升高[8−19].为了保证IF钢冷和陈霄等[21]通过对头坯不同位置进行取样研究轧板的质量，目前各企业一般将开浇坯作判废或了IF钢开浇阶段铸坯沿拉坯方向的洁净度变化，降级处理.然而此种方法由于降级、判废长度不研究结果表明IF钢开浇阶段铸坯中大型夹杂物主明确，往往出现错判、漏判或多判的问题，导致产要来源于结晶器卷渣和中间包中来不及上浮的脱品质量不稳定，成材率低，增加企业成本等.因此，氧或二次氧化产物.刘增勋等[22]对IF钢开浇炉次对IF钢连铸开浇过程的连铸坯洁净度及其优化展板坯洁净度进行了研究，并通过示踪试验对开浇开研究具有非常重要的现实意义.坯中夹杂物的来源进行了分析，研究结果表明头目前，国内外学者通过各种实验检测手段、方坯洁净度受钢包渣和中间包渣影响较大.随着浇法，针对（超）低碳钢连铸开浇头坯的洁净度[5,8,10,铸进行，连铸坯洁净度有较大的改善，在距引锭头12−14,17,20−24]展开了很多研究.朱国森等[5]和袁方明部28 m处连铸坯洁净度已达到正常水平.黄淑媛等[8]对不同浇铸阶段的IF钢连铸坯洁净度水平进等[24]通过热力学计算结合夹杂物表征的方法分析行了定量化研究，研究结果表明浇铸初期钢水存了不同浇铸状态的IF钢连铸坯的夹杂物水平，研在二次氧化及较大程度的增碳现象，开浇坯[C]、究发现由于浇铸初期发生二次氧化，导致头坯中T[O]、[N]含量远高于其他类型连铸坯，而且开浇尺寸大于5 μm的Al2O3、TiN夹杂物含量远高于坯内存在较大尺寸的簇群状Al2O3夹杂，在各类非其他类型非稳态连铸坯和正常浇铸坯.稳态连铸坯中，头坯品质最差，不能用于生产有表由此可以看出，目前已有的关于非稳态连铸面质量要求的汽车、家电等冷轧钢板.高攀等[12]坯洁净度的研究主要集中在头坯或非稳态浇铸过针对IF钢连铸过程，研究了头坯、尾坯和换水口坯程连铸坯夹杂物及钢中元素的特征规律及其随浇等非稳态连铸坯洁净度特征，研究同样发现头坯铸时间的演变规律.大量的研究也得出一个共识[C]、T[O]、[N]含量比其他铸坯高，T[O]含量为正性结论，即头坯或开浇坯洁净度水平最低、质量最常坯水平的2.4倍以上，各类型非稳态坯中，大型差，一般需做判废处理.

2李源源等： IF钢连铸开浇工艺对头坯洁净度影响的研究· 901 ·本文研究了IF钢非稳态开浇阶段连铸坯的洁模式均采用一致的保护水量和保护渣类型，所对净度水平，分析了IF钢开浇阶段不同拉速变化曲应的炉次过热度偏差在5 ℃以内.线条件下连铸坯沿拉坯方向的洁净度变化规律，1.6)−1结合数值模拟计算找出了IF钢开浇阶段的最佳拉1.41.2速变化曲线，通过本文的研究，对系统评价IF钢连1.0铸坯的洁净度、改善开浇操作工艺、优化铸坯定0.80.6Uniform尺切割和判定铸坯“报废”、“降级”有一定的指导0.4FastandthenslowSlowandthefast意义.0.2Castingspeed/(m·min0036912151    取样及研究方法Castinglength/m图 1开浇阶段三种拉速工艺曲线1.1    工艺条件Fig.1   Variations in casting speed at the initial casting stage试验用IF钢冶炼工艺流程为：铁水预处理—150 t顶底复吹转炉—RH真空精炼—板坯连铸.三种开浇阶段拉速变化工艺所对应的炉次中为了研究IF钢开浇阶段不同拉速对开浇坯洁净度间包钢水化学成分如表1所示.A代表匀速开浇水平的影响，本文采取了三种开浇拉速控制工艺，工艺炉次，B代表前快后慢工艺炉次，C代表前慢如图1所示，开浇时，结晶器和二冷区的三种开浇后快工艺炉次，可见三个炉次钢水成分差别不大.表 1 IF钢中间包钢水样化学成分（质量分数）Table 1  Chemical components of IF steel samples obtained in the tundish（mass fraction）%HeatElevating speed methodCSiMnPSAltTiONAUniform0.00080.00480.0500.0130.00630.03880.05880.00160.0016BFast and then slow0.00100.00400.0520.0130.00660.03710.05790.00190.0015CSlow and then fast0.00080.00490.0380.0120.00610.03470.05970.00170.00171.2    取样及分析方法本文试验铸坯断面为1260mm×230 mm.对每炉开浇铸坯的前1.5 m进行切除，从头坯边部的1.5 m至11.5 m处进行纵切，每块铸坯得到1流100 mm×230 mm×10 m的铸坯.然后在100 mm×230 mm×10 m铸坯的头部开始每隔500 mm取50 mmInnerarc厚度的试样，试样的尺寸为100 mm×230 mm×50 mm，Castingdirection500如图2所示.同时，在头炉的第4块坯头部位置边Quarterϕ5×25230部取100 mm×230 mm×50 mm试样，作为正常坯进126010×10×10行对比分析.Unit:mm在所取每块铸坯试样内弧1/4处切取两根ϕ100×230×505 mm×25 mm规格棒样，采用TCH600（LECO）氮氢图 2铸坯取样示意图Fig.2   Sampling and sample-machining diagram氧分析仪进行钢中T[O]、[N]分析.在相邻位置切取10 mm×10 mm×10 mm规格的立方体样品制备滤网内，从而保证直径大于50 μm的夹杂物完全金相，使用配有INCA Feature夹杂物自动分析功保留在阳极泥中.电解完成后，收集尼龙布滤网中能的卡尔蔡司EVO18扫描电镜（SEM）分析试样中阳极泥，阳极泥经多次淘洗、过滤后干燥，获得钢显微夹杂物成分与数量.中大颗粒夹杂物.将剩余铸坯制成50 mm×50 mm×115 mm规格的试样进行无水电解分析.电解过程如图3所示，2    结果及讨论电解液由体积分数为99.9%无水乙醇和 FeCl3配制.电解过程中试样为阳极，不锈钢圈为阴极，将2.1    连铸坯中T[O]和[N]含量分析阳极放在由孔隙直径为50 μm的尼龙布所制成的IF钢开浇过程中，三种不同提拉速工艺条件

3· 902 ·工程科学学报，第 45 卷，第 6 期1Cathode2Thermometer3Valve的二次氧化.4Anode5Electrolyte6Support另外，对比图4中三种开浇提拉速工艺下连铸坯中T[O]和[N]的差异可以看出，开浇过程拉速3变化对连铸坯中T[O]和[N]的变化趋势影响不明26显，这可能是由于钢水二次氧化主要发生在中间包充包过程，该过程并不拉坯，而且提拉速初期三1种工艺拉速值是一致的，因此开浇提拉速工艺对于连铸坯中T[O]和[N]含量的影响不明显.此外，4拉速的变化幅度对夹杂物在中间包和结晶器里的DCelectrical停留时间影响不大，从而可能导致钢液中夹杂物5source上浮去除效果无明显区别.图 3钢样无水电解装置示意图2.2    连铸坯中显微夹杂物分析Fig.3   Schematic of electrolytic device通过对试样进行INCA Feature夹杂物自动分析扫描，得出头坯不同部位的试样中显微夹杂物下头坯不同位置试样中T[O]和[N]含量变化如图4尺寸和数量分布.根据所得分析结果，经公式（1）所示.由图4可以看出，头坯头部位置T[O]和[N]计算得出各试样的夹杂物指数：含量均较高，T[O]含量接近40×10−6，[N]含量超过∑nd240×10−6，沿着拉坯方向头坯中T[O]和[N]含量呈ii=16I=10（1）现明显的下降趋势，距离头坯头部6 m左右T[O]SB2含量约为13×10−6，已接近正常坯水平，距离头坯头其中，di为被检测到夹杂物的等效圆直径，μm；部7 m左右[N]含量约为19×10−6，接近正常坯水n为试样中被检测到的夹杂物的总数量；S为试样平.需要指出的是，这里的正常坯（后文作图均用的分析面积，μm2；B为夹杂物的平均或等效尺寸，μm，normal代替）是常规生产条件下不包含头尾坯的本文中B取值为5 μm.夹杂物指数I所代表的意铸坯，文中所有试验条件下取样测定结果均与正义为将试样中所有被检测到的夹杂物根据其截面常坯做相应对比.积折算为5 μm夹杂物，即单位面积内5 μm夹杂物开浇阶段IF钢钢液从钢包经长水口流至中间的个数.包内并由中间包经浸入式水口流至结晶器的过程IF钢开浇过程中，三种不同提拉速工艺条件中，都会存在空气卷入钢液发生二次氧化，进而造下头坯不同位置试样中显微夹杂物数量密度变化成钢中全氧含量和氮含量的增加.因此，开浇前段趋势如图5所示.由图5中可以看出，头坯中显微所对应的铸坯T[O]和[N]含量均较高，而随着后夹杂物数量密度沿着拉坯方向呈现明显的下降趋续中包覆盖剂和结晶器保护渣的加入，以及中包势.距离头坯头部7.5 m后，连铸坯中显微夹杂物液面和结晶器液面的稳定，稳定的渣层有效地组数量较头坯头部显微夹杂物水平有明显的改善，织了钢液与空气的接触，有效减轻或避免了钢液且其后连铸坯中显微夹杂物数量基本稳定不再有4550(a)(b)404535−640UniformUniform3530FastandthenslowFastandthenslow−6Slowandthefast30Slowandthefast252520T[O]/1020151510Contentofnitrogen/101055001.53.55.56.57.58.59.510.511.5normal1.53.55.56.57.58.59.510.511.5normalCastinglength/mCastinglength/m图 4不同拉速工艺条件下头坯T[O] (a)和[N] (b)含量变化Fig.4   Variations in T[O] (a) and [N] (b) in slab along casting direction under different casting speed curves

4李源源等： IF钢连铸开浇工艺对头坯洁净度影响的研究· 903 ·明显变化.距离头坯头部8 m左右显微夹杂物数此，也基本趋于正常浇铸状态.头坯不同位置的主量约为11 mm−2,接近正常坯水平.头坯前段连铸要类型大型夹杂物质量分数如图7所示，可以看坯对应开浇前期，受二次氧化影响夹杂物会增加，出开浇时头坯头部卷渣类夹杂物（中间包覆盖剂、另外该部分钢水在中包内的相对停留时间短，夹结晶器保护渣所形成夹杂物）所占比例明显高于杂物的上浮也不充分，从而导致头坯沿拉坯方向其他部位，这也说明开浇时刻中间包、结晶器内钢夹杂物数量前段多后段少.另外，从图5中也可以水存在着严重的卷渣现象.看出，IF钢开浇过程中提拉速工艺对连铸坯中显1.0)−1微夹杂物数量的变化影响不大，这可能与拉速变化对连铸坯中T[O]和[N]变化趋势影响不明显的0.8Uniform原因类似.而且，已有大量研究表明钢中T[O]和Fastandthenslow0.6Slowandthefast显微夹杂物基本呈现相互对应关系.0.424−222Uniform0.2Fastandthenslow20SlowandthefastContentofmacroinclusion/(mg·kg0181.53.55.56.57.58.59.510.511.5normalCastinglength/m16图 6不同拉速工艺条件下大型夹杂物含量变化14Fig.6   Variations in macroinclusion mass fraction in the slab along12casting direction under different casting speed curvesContentofmicroinclusions/mm101.53.55.56.57.58.59.510.511.5normal80Uniform:CoveringagentMoldfluxCatinglength/mFastandthenslow:CoveringagentMoldflux%60Slowandthenfast:CoveringagentMoldflux图 5不同拉速工艺条件下显微夹杂物数量变化40Fig.5   Variations in microinclusion number density in the slab alongcasting direction under different casting speed curvesinclusions/20Massfractionof02.3    连铸坯中大型夹杂物分析1.53.55.56.57.58.59.510.511.5normalCastinglength/mIF钢开浇过程中，三种不同提拉速工艺条件下头坯不同位置试样中大型夹杂物数量密度变图 7不同拉速工艺条件下头坯不同位置卷渣类大型夹杂物质量分数化如图6所示.从图6中可以看出，开浇采取匀速Fig.7   Mass fraction of inclusions originated from slag entrainment in工艺时，铸坯中大型夹杂物的含量由0.833 mg·kg−1first slab samples快速降低，在距离头坯头部约3.5 m处时达到0.187 mg·kg−1，与正常水平的0.174 mg·kg−1基本相开浇采取前快后慢工艺时，铸坯中大型夹杂当；但在距离头坯头部约5.5 m处时急剧增加，在物的含量由0.731 mg·kg−1快速降低，在距离头坯头5.5～7.5 m范围内存在一定程度降低，约7.5 m后部5.5 m附近达到0.225 mg·kg−1，与正常水平的有一定变化但趋于稳定.头坯头部大型夹杂物含0.203 mg·kg−1基本相当，而在3.5 m处大型夹杂物量高是因为，开浇前期中包和结晶器液面覆盖不含量稍高于正常水平；但在距离头坯头部6.5 m处好，钢水发生二次氧化严重，以及中间包和结晶器时有一定波动，之后基本稳定在正常水平.可能是液面波动大发生卷渣所至.而在3.5 m处对应的是前期拉速较匀速工艺要快，在中包内夹杂物碰撞中包和结晶器液面已覆盖，且钢液液面趋于稳定长大未及时上浮，造成较多的夹杂物进入结晶器时状态，另外，该部分钢水在中包内停留时间短，另外，虽然在低速时提速幅度较大，但对结晶器液小颗粒夹杂还来不及碰撞长大，因此大型夹杂物面波动影响较小[25]，从而洁净度并未发生明显恶化.较少.5.5～7.5 m位置对应的钢水在中包内有一定开浇采取前慢后快工艺时，铸坯中大型夹杂的停留时间，此时小颗粒夹杂物相互碰撞长大，但物的含量由0.647 mg·kg−1快速降低，在距离头坯还未来得及上浮排除.7.5 m后中包内钢液处于稳头部5.5 m附近达到0.205 mg·kg−1与正常水平的定浇铸状态，与正常时一样.虽然拉速有所变化，0.194 mg·kg−1基本相当，且在5.5～7.5 m范围内基但变化幅度较小对结晶器内的流场影响不大，因本稳定；但在距离头坯头部7.5～11.5 m范围内均

5· 904 ·工程科学学报，第 45 卷，第 6 期3有小幅波动，没有达到正常水平.头坯头部大型夹(a)2Nearthenozzle杂物含量较匀速和前快后慢工艺低，可能是前期Quarterofthewidth1Nearthenarrowface拉速较低的时间较长，开浇前期发生二次氧化和0卷渣的钢水停留时间长，大型夹杂物上浮去除量−1较多所至.而在6 m之后大型夹杂物含量小幅波−2Levelfluctuation/mm动，且含量较高，是因为后期提速较快，在高速阶−30100200300400500600700800900段拉速波动大，结晶器液面剧烈波动，导致卷渣[25].Pouringtime/s3对比三种工艺可知，匀速、前快后慢、前慢后(b)Nearthenozzle2Quarterofthewidth快三种拉速工艺大型夹杂物均在距离头坯头部1Nearthenarrowface3.5～5.5 m左右达到正常坯水平，但之后均存在不0同程度的大型夹杂物数量波动现象.其中，前快后−1慢工艺影响范围最小，在6.5 m后均达到正常水−2Levelfluctuation/mm−3平，而需要“降级”或“报废”的量最小；匀速模式0100200300400500600700800900Pouringtime/s7.5 m后达到正常水平；而前慢后快模式后期大型3(c)夹杂物波动较大，需要“降级”或“报废”的量最大.2NearthenozzleQuarterofthewidth2.4    开浇过程结晶器内液面波动的数值模拟计算1Nearthenarrowface为了进一步阐述开浇过程中提高拉速对开浇0−1坯洁净度的影响，针对所研究的连铸机，本文通过−2VOF（Volume of fluid）多相流模型对开浇过程结晶Levelfluctuation/mm−3器内钢液、保护渣层的多相流动和液面波动特征01002003004005006007008009001000Pouringtime/s进行了CFD（Computational fluid dynamics）数值模图 8开浇过程不同拉速工艺条件下结晶器液面波动的数值模拟计拟计算，具体数学模型及边界条件设定见已发表算结果. (a) 匀速工艺; (b) 前快后慢工艺; (c) 前慢后快工艺文献[26−28].其中，需要指出的是浸入式水口入Fig.8   Level fluctuation of steel–slag interface in mold during initial口速度根据图1的拉速变化曲线换算得出，为随casting stage: (a) uniform; (b) fast and then slow; (c) slow and then fast时间变化的速度入口边界条件.的波动幅度最大，匀速工艺次之，前快后慢工艺波图8给出了通过数值模拟计算所得的三种开动幅度最小.浇提拉速工艺条件下，结晶器厚度中心线不同部基于以上结果分析，在钢渣界面液面波动较位（浸入式水口附近、宽度1/4处及结晶器窄边附小的时间段内，钢渣界面不活跃会造成保护渣熔近）钢−渣界面波动值随时间变化的曲线.由图8化不良、结冷钢，进而导致连铸坯表面出现表面夹可以看出，开浇过程中三种开浇提拉速工艺条件渣现象.而液面波动相对稳定阶段，若液面波动过下不同部位的液面波动随时间的变化趋势基本是大，会造成结晶器内钢液卷渣，降低连铸坯表层的一致的，开始浇铸时（t=0 s）液面波动值较大.其后洁净度.而前快后慢的提拉速工艺条件下，使得钢液面波动逐渐减弱到较小的一个值并保持较长时渣界面在较短时间内进入相对稳定阶段，随后又间.所不同的是，该段时间（液面波动较小）内水口经历了较小的波动幅度，这样会使得以这种方式附近的液面是在初始液面上下波动，而宽度1/4部产生的头坯洁净度更快的接近正常坯洁净度水位和窄边附近处的液面波动是分别低于和高于初平，这与实验结果是一致的.始液位的.经过该段时间后，结晶器不同部位的液由图8可知，匀速、前快后慢和前慢后快三种面波动进入相对稳定的状态.此外，还可以看出进开浇模式分别在约600、430和900 s处液面波动入相对稳定波动状态所经历时间，前快后慢工艺达到稳定区域.图9给出了开浇过程浇铸时间与经历时间最短，匀速工艺次之，而前慢后快工艺经拉坯长度的对应关系，可以看出匀速、前快后慢和历时间最长.液面波动状态相对稳定后，窄边附近前慢后快三种开浇模式下液面开始稳定的时间点波动幅度最大，水口附近次之，而宽度1/4处波动所对应的拉坯长度分别为6.8、5和10.8 m，与检测幅度最小.而对比相对稳定后三种开浇提拉速工分析的头坯达到正常洁净度水平的长度（7、5.5、艺条件的液面波动幅度可以看出，前慢后快工艺10 m）基本一一对应.

6李源源等： IF钢连铸开浇工艺对头坯洁净度影响的研究· 905 ·20carbon steel.ResearchIronSteel, 1994, 22（5）: 5018（崔德理, 王先进, 金山同. 超低碳钢的历史与发展. 钢铁研究,Uniform16Fastandthenslow1994, 22（5）：50）14Slowandthenfast12[2]Zhang L F, Li Y L, Ren Y. Fundamentals of non-metallicinclusions in steel: Part I. Control of unsteady casting and big10Inclusions, nucleation, motion, removal and capture of inclusions8in molten steel.IronSteel, 2013, 48(11): 1Castinglength/m64（张立峰, 李燕龙, 任英. 钢中非金属夹杂物的相关基础研究2(I)—非稳态浇铸中的大颗粒夹杂物及夹杂物的形核、长大、0运动、去除和捕捉. 钢铁, 2013, 48(11): 1）010020030040050060070080090010001100Pouringtime/s[3]Deng X X, Ji C X, Zhu G S, et al. Quantitative evaluations ofsurface cleanliness in IF steel slabs at unsteady casting.Metall图 9开浇过程浇铸时间与拉坯长度对应关系MaterTransB, 2019, 50（4）: 1974Fig.9   Variation in casting length with pouring time during initialcasting stage[4]Li L P, Wang X H, Deng X X, et al. Discussion on some typicalphenomena during unsteady casting process.SteelResInt, 2016,87（7）: 8293    结论[5]Zhu G S, Wang X H, Deng X X, et al. Quantitative research on本文采用现场取样、检测分析及数值模拟计cleanliness of unsteady continuously cast slabs.Steelmaking, 2013,算相结合的方法，研究了IF钢非稳态开浇阶段连29（6）: 41铸坯的洁净度水平，分析了IF钢开浇阶段不同拉（朱国森, 王新华, 邓小旋, 等. 非稳态连铸坯洁净度的定量研究.速变化条件下连铸坯沿拉坯方向的洁净度变化规炼钢, 2013, 29（6）：41）律，具体所得结论如下：[6]Leão P B P, Klug J L, de Abreu H F G, et al. Sliver defects in anultra-low carbon Al-killed steel caused by low steel level in the(1) 沿拉坯方向头坯T[O]和[N]含量呈现明显tundish.IronmakSteelmak, 2021, 48（8）: 978下降趋势，距离头坯头部6 m 处的T[O]含量约为[7]Xu R, Ling H T, Wang H J, et al. Investigation on the effects of13×10−6，接近正常坯水平，距离头坯头部7 m处的ladle change operation and tundish cover powder on steel[N]含量约为19×10−6，接近正常坯水平，开浇工艺cleanliness in a continuous casting tundish.SteelResInt, 2021,影响不大；92（10）: 2100072(2) 沿拉坯方向头坯显微夹杂物数量呈现明显[8]Yuan F M, Wang X H, Li H, et al. Cleanliness of interstitial-freesteel slabs produced in different casting stages.JUnivSciTechnol下降趋势，在距离头坯头部7 m处约为1.9 mm−2，Beijing, 2005, 24（4）: 436接近正常水平，开浇工艺影响不大；（袁方明, 王新华, 李宏, 等. 不同浇铸阶段IF钢连铸板坯洁净度.(3) 匀速、前快后慢、前慢后快三种拉速工艺北京科技大学学报, 2005, 24（4）：436）大型夹杂物均在距离头坯头部2 m达到正常坯水[9]Zhang Q Y, Wang X H, Zhang L. Influence of casting speed平，但之后均存在不同程度的大型夹杂物数量波variation during unsteady continuous casting on non-metallic动现象，其中，前快后慢工艺影响范围最小，在5.5 minclusions in IF steel slabs.ISIJInt, 2006, 46（10）: 1421后均达到正常水平，从而需要“降级”或“报废”的[10]Chen Z P.StudyontheControlofContinuousCastingSlabQualityunderUnsteadyCastingConditions[Dissertation].量最小；Shenyang: Northeastern University, 2008(4) 通过数值计算发现，开浇过程中三种开浇（陈志平. 非稳态浇铸条件下连铸板坯质量控制研究[学位论提拉速工艺条件下不同部位的液面波动随时间的文]. 沈阳: 东北大学, 2008）变化趋势基本是一致的，开始浇铸时液面波动值[11]Zhang Q Y, Wang X H. Numerical simulation of influence of较大，其后液面波动逐渐减弱到较小的一个值并casting speed variation on surface fluctuation of molten steel in保持较长时间，最终结晶器不同部位的液面波动mold.JIronSteelResInt, 2010, 17（8）: 15进入相对稳定的状态.前快后慢的提拉速工艺条[12]Gao P, Tian Z H, Cui Y, et al. Research on cleanness of IF steelslab produced in unsteady casting process.IronSteel, 2012, 47（7）:件下产生的头坯洁净度更快地接近正常坯洁净度31水平.（高攀, 田志红, 崔阳, 等. IF钢非稳态浇铸铸坯洁净度分析.钢铁, 2012, 47（7）：31）参考文献[13]Xiao P C, Zhu L G, Liu H C, et al. Quantitative research on[1]Cui D L, Wang X J, Jin S T. History and development of extra lowcleanliness of unsteady casted IF steel slabs.IronSteelVanadium

7· 906 ·工程科学学报，第 45 卷，第 6 期Titanium, 2017, 38（3）: 111（陈霄, 包燕平, 李任春, 等. IF钢开浇阶段铸坯洁净度分析.钢铁（肖鹏程, 朱立光, 刘海春, 等. IF钢非稳态连铸坯洁净度定量分研究学报, 2017, 29（4）：281）析.钢铁钒钛, 2017, 38（3）：111）[22]Liu Z X, Li M, Zhu L G, et al. Study on cleanliness of IF steel first[14]Liu P, Luo G, Xu G J. Research on the first and last slab cleannessheat of a sequence.Steelmaking, 2017, 33（2）: 74and inclusions evolved of IF steel.ContinuousCast, 2017, 42（6）:（刘增勋, 李萌, 朱立光, 等. 汽车用板IF钢开浇炉次板坯洁净度36的分析. 炼钢, 2017, 33（2）：74）（刘彭, 罗钢, 徐刚军. IF钢夹杂物演变和头尾坯洁净度研究.连[23]Zhang Z Q. Analysis of surface slivers on cold rolled sheet for the铸, 2017, 42（6）：36）second slab in first heat.ContinuousCast, 2018, 43（1）: 77[15]Takahashi K, Ando M, Ishii T. Numerical investigation of（张正群. 浇次第二块铸坯冷轧板表面带状缺陷产生原因分析.unsteady molten steel flow and inclusion behavior in the tundish in连铸, 2018, 43（1）：77）the ladle change period.ISIJInt, 2014, 54（2）: 304[24]Huang S Y, Yang J, Li G B, et al. Distribution of inclusions in[16]Garcia-Hernandez S, Morales R D, Jesus Barreto J, et al. Modelingunsteady slab of thin slab caster.Steelmaking, 2021, 37（5）: 67study of slag emulsification during ladle change-over using a（黄淑媛, 杨健, 李广帮, 等. 薄厚度板坯连铸机非稳态连铸坯中dissipative ladle shroud.SteelResInt, 2016, 87（9）: 1154夹杂物分布. 炼钢, 2021, 37（5）：67）[17]Wang M, Bao Y, Senk D, et al. Characteristic and evolution ofinclusions in Al-Killed titanium alloyed steel during air contact[25]Zhang Q Y, Wang X H, Zhang L, et al. Influence of casting speedvariation on non-metallic inclusions in IF steel slabs.Steelmaking,process.MetallResTechnol, 2016, 114（1）: 1102006, 22（6）: 21[18]Ling H T, Xu R, Wang H J, et al. Multiphase flow behavior in a（张乔英, 王新华, 张立, 等. 拉速变化对IF钢铸坯非金属夹杂物single-strand continuous casting tundish during ladle change.ISIJ含量的影响.炼钢, 2006, 22（6）：21）Int, 2020, 60（3）: 499[26]Yin Y B, Zhang J M, Wang B, et al. Effect of in-mould[19]Xu R, Ling H T, Wang H J, et al. Investigation on the control ofelectromagnetic stirring on the flow, initial solidification and levelmultiphase flow behavior in a continuous casting tundish duringfluctuation in a slab mould: A numerical simulation study.ladle change.MetallResTechnol, 2020, 117（6）: 619IronmakSteelmak, 2019, 46（7）: 682[20]Peng Q C, Yu X S, Xiong W, et al. Studying on cleanliness of lowcarbon steel slabs produced in different casting stages.China[27]Yin Y B, Zhang J M. Mathematical modeling on transientMetall, 2012, 22（8）: 17multiphase flow and slag entrainment in continuously casting mold（彭其春, 于学森, 熊伟, 等. 不同浇铸阶段低碳钢连铸板坯洁净with double-ruler EMBr through LES+VOF+DPM method.ISIJ度研究.中国冶金, 2012, 22（8）：17）Int, 2020, 61（3）: 853[28]Yin Y B, Zhang J M. Large eddy simulation of transient transport[21]Chen X, Bao Y P, Li R C, et al. Analysis of cleanliness for IF steelslabs at start of continuous casting.JIronSteelRes, 2017, 29（4）:and entrapment of particle during slab continuous casting.JIron281SteelResInt, 2022, 29（2）: 247