降低铁基纳米晶合金带材制备过程堵嘴率的方法★

李 博

（太原钢铁（集团）电气有限公司， 山西 太原 030003）

铁基纳米晶合金作为21 世纪新型绿色节能材料，是太钢新材料事业的重点发展项目。铁基纳米晶带材制备过程中出现堵嘴情况不仅会导致制带过程的中断，也会直接导致带材出现厚度偏差和表面缺陷。降低铁基纳米晶合金带材制备过程堵嘴率的方法，由堵嘴的直接因素嘴缝结瘤、堵塞入手，系统分析了结瘤物和堵塞物的成分、来源，采取断源、保护的针对措施，有效降低了堵嘴情况的发生，极大保证了带材制备的顺行、提高了带材合格率，导致质量降低、成本升高。

1 实验材料和方法

铁基纳米晶带材对厚度、板型要求高，厚度在22 μm，偏差为±1 μm，表面不能有划痕、棱等缺陷。铁基纳米晶带材制备过程中，钢液要从厚度为0.23 mm的喷嘴缝隙中流出，喷到高速冷却器上，直接成型。喷嘴嘴缝处出现结瘤或者堵塞时造成堵嘴的直接因素，为找到根本因素，需要对已产生的结瘤和堵塞物进行成分分析，找到产生的结瘤和堵塞物的来源。

留置发生堵嘴的喷嘴，使用扫描电镜对喷嘴残留物进行分析，结果见图1，图2。

图1 喷嘴残留物1 微观组织和能谱分析

为找到以上残留物的来源，对母合金钢液、母合金渣子、喷嘴进行取样，采用扫描电镜对母合金夹杂进行了分析，对与钢液接触的耐火材料进行化学成分分析，结果见图3，图4 和表1。

图2 喷嘴残留物1 微观组织和能谱分析

图3 母合金微观组织和能谱分析

图4 喷嘴断裂面微观组织和能谱分析

表1 与钢液直接接触的耐材化学分析 %

2 结果与讨论

2.1 导致堵嘴的主要因素

通过对对喷嘴残留物的分析，图1 显示喷嘴残留的主要氧化物为Al2O3、SiO2、ZrO2，Al2O3是一种高硬度的化合物，熔点为2 054 ℃，具有吸附剂作用，SiO2熔点为（1 650±50）℃，吸附性强，ZrO2熔点约2 700 ℃抗冲击性优良。铁基纳米晶制带温度在1 350 ℃，该温度下，以上化合物成固态状，并吸附在喷嘴嘴缝处，形成结瘤[1]，是导致堵嘴的主要因素。图2 显示喷嘴残留物主要为Fe、Si、Nb、Cu 的氧化物，为铁基纳米晶合金主元素发生氧化产生的，是堵嘴后钢液残留在喷嘴上、冷却后发生氧化导致，不是堵嘴的原因。

2.2 堵嘴因素的主要来源

通过对母合金钢液、母合金渣子、大内包、与钢液直接接触的耐材的分析，图3 显示重熔后的母合金夹杂主要以MnS 为主，而且尺寸在1～2 μm 左右，没有发现氧化物夹杂，因此，根据目前分析结果，冶炼过程中钢液生成的夹杂物并不会引起的水口结瘤。

喷嘴采用复合氮化硼材质，将喷嘴拉断，取无污染的断面进行分析，图4 显示喷嘴中含有Zr、Al、N、B 的化合物，重熔结束后，浇钢过程到制带过程，钢液可接触到的耐火材料的成分分析如表1 所示，该部分耐火材料不含ZrO2，由表1 和图4 分析可知，导致堵嘴的ZrO2来源于喷嘴。

表1 中耐火材料均含Al2O3，其中过滤网、中注漏斗、石棉垫含量大，是导致堵嘴因素Al2O3的主要来源。

表1 中耐火材料均含SiO2，图1 显示铁基纳米晶合金钢液在浇钢和静置过程中均会产生氧化，是导致堵嘴因素SiO2的主要来源。

3 采取的措施

1）采取含Al2O3低的耐火材料替代目前含Al2O3高的耐火材料，降低Al2O3的影响：采用挡渣板替代过滤网，陶瓷纤维纸替代石棉垫，采用石墨漏斗替代现有中注漏斗。

2）采用纯氮化硼喷嘴替代复合氮化硼喷嘴，降低ZrO2的影响。

3）在浇钢时进行氩气保护、在中间包内充入氩气进行保护，降低止浇钢和静置时，钢液氧化的影响[2]。

4 结论

1）影响铁基纳米晶制备过程堵嘴的关键因素在于Al2O3、SiO2、ZrO2的产生，主要来源为耐火材料带入，可通过使用含堵嘴氧化物低的耐火材料替代，降低堵嘴率。

2）母合金夹杂主要以MnS 为主，而且尺寸在1～2 μm 左右，未发现氧化物夹杂不会引起的水口结瘤导致堵嘴。

3）铁基纳米晶合金钢液在浇钢和静置过程中均会产生氧化，形成SiO2导致堵嘴，可采用浇钢、静置时氩气保护，减少氧化，降低堵嘴率。