連鑄坯中氣泡產(chǎn)生原因分析及判斷方法

1、連鑄坯中氣泡產(chǎn)生原因分析及判斷方法連鑄坯中氣泡產(chǎn)生原因分析及判斷方法發(fā)表日期：2007110閱讀次數(shù)：387摘要:本文對(duì)連鑄坯氣泡的成因及特性進(jìn)行了分析，并提出了識(shí)別氣泡類型及改善和解決氣泡問(wèn)題的方法。關(guān)鍵詞:連鑄坯氣泡氬氣保護(hù)1前言在鋼的連鑄過(guò)程中，不論是連鑄“準(zhǔn)沸騰鋼”還是連鑄高純凈度的鎮(zhèn)靜鋼，國(guó)內(nèi)外許多鋼廠都遇到過(guò)連鑄坯中的氣泡問(wèn)題，并且采取了相應(yīng)的改進(jìn)措施。有關(guān)連鑄坯中氣泡問(wèn)題的科技文獻(xiàn)，國(guó)內(nèi)主要是側(cè)重于連鑄低硅低碳拉絲材等“準(zhǔn)

2、沸騰鋼”，高品質(zhì)鋼連鑄坯中的氣泡問(wèn)題的研究主要見(jiàn)諸國(guó)外文獻(xiàn)，國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)不多。韶鋼2號(hào)板坯連鑄機(jī)于2003年5月投產(chǎn)，至2004年10月，所生產(chǎn)的Q235、Q345、45、50、船板等鋼號(hào)都出現(xiàn)了一些氣泡廢品。為此，本文根據(jù)前人的理論、經(jīng)驗(yàn)以及韶鋼的生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)連鑄坯氣泡的表現(xiàn)形式及產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，推斷連鑄坯氣泡的成因，并采取了相應(yīng)的改進(jìn)措施，達(dá)到了改善氣泡問(wèn)題的目的。2氣泡產(chǎn)生的原因及表現(xiàn)特性分析根據(jù)煉鋼理論及前人的經(jīng)驗(yàn)，連鑄過(guò)程產(chǎn)

3、生氣泡(包括針孔)的主要原因有3類——脫氧不良、外來(lái)氣體(空氣、保護(hù)性氣體)、水蒸氣(來(lái)自潮濕的添加料和耐火材料等)。2.1脫氧不良2.1.1CO氣泡產(chǎn)生機(jī)理脫氧不良時(shí)，產(chǎn)生的氣泡為CO氣泡。文獻(xiàn)表明，在1500℃左右，鋼液中與[0]優(yōu)先發(fā)生反應(yīng)的元素排列順序?yàn)椋篊a，Ba，Re，Al，Si，C，V，Mn，F(xiàn)e，P，Cu，其中的Si，在1500℃附近，跟[O]反應(yīng)的優(yōu)先順序與C相當(dāng)，即[O]會(huì)與[C]、[Si]同時(shí)發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)鋼中存在[

4、0]時(shí)，發(fā)生碳氧反應(yīng)的必要條件之一是，在一定溫度下，排在[C]元素之前的強(qiáng)脫氧劑[M]與[0]反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的[0]濃度高于[C]與[O]反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的[O]濃度。鋼中碳氧反應(yīng)：[C][O]=CO△rGo=2218638.386T(Jm01)(1)則：lnK=ln(PcoPo)(a[c]a[0])2668.5T4.617因此：a[c]a[0]=PcoPOEXP[268.5T—4.617](2)假設(shè)CO分壓為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，無(wú)其它氣體，

5、Pc0Po=1，令：T=1500273=1773K則：a[c]a[0]=0.002194(3)設(shè)活度系數(shù)fc=fo=1，當(dāng)w[c]％=0.06(低碳拉絲用鋼的碳含量)和0.46(45號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素鋼的碳含量)時(shí)，由式(3)計(jì)算得到：w[o]％=0.03657和0.004770(4)這是在以上假設(shè)條件下，與[C]平衡的[O]值。當(dāng)鋼中存在酸溶鋁時(shí)：2[Al]3[0]=A12O3(s)△rGo=1202070386.28T(Jm01)(5)則：

6、lnK=ln｛1(a[Al]2a[0]3｝=144584T46.46因此：a[Al]2a[0]3=exp[144584T46.46](6)令[Al]、[0]的活度系數(shù)均為1，只有當(dāng)P生P阻時(shí)，CO氣泡才能形成和長(zhǎng)大。而連鑄過(guò)程P阻最小的位置，就是最靠近結(jié)晶器液面的凝固坯殼的固液界面，越往下，鋼水靜壓強(qiáng)越大，氣泡越難形成和長(zhǎng)大。距結(jié)晶器液面的一定深度，P生P阻時(shí)，即使樹(shù)枝晶間的濃縮相中形成針孔氣泡源，但形不成臨界氣泡，更談不上氣泡長(zhǎng)大，此

7、時(shí)，即使鋼中有一定的碳氧濃度積，碳氧反應(yīng)也不可能再持續(xù)進(jìn)行。上述分析表明，鑄坯中由于脫氧不良而形成的C0氣泡，其存在的位置，從鑄坯橫截面觀察，應(yīng)該分布在鑄坯皮下的一定深度。2.1.2CO氣泡實(shí)例韶鋼于2000年開(kāi)發(fā)的SL05低碳拉絲準(zhǔn)沸騰鋼方坯，幾乎每條方坯都存在皮下氣泡和針孔，分布很有規(guī)律，氣泡嚴(yán)重時(shí)，形成“蜂窩”狀，窩孔的分布方向與凝固方向相同，蜂窩狀氣泡在鋼坯橫截面(用刨床加工實(shí)物)上的分布如圖1，橫截面的芯部存在一個(gè)非常對(duì)稱的正

8、方形，其內(nèi)不存在氣泡。圖1證明了在其它條件相對(duì)穩(wěn)定的前提下，存在一個(gè)由鋼水靜壓強(qiáng)決定的氣泡生成臨界壓強(qiáng)，也就是說(shuō)，大于該壓強(qiáng)的鋼水，不再生成CO氣泡。圖1準(zhǔn)沸騰鋼方坯橫截面上的蜂窩狀氣泡示意圖(陰影部分)2.1.3改善和消除CO氣泡的措施加大連鑄坯一冷水強(qiáng)度，提高連鑄坯拉速，可適當(dāng)減少[C]、[O]的相界面偏析富集減少針孔氣泡源同時(shí)使鋼水快速進(jìn)入高靜壓強(qiáng)的下部區(qū)域，能夠有效抑制CO針孔氣泡的長(zhǎng)大。為了順利連鑄低硅低鋁準(zhǔn)沸騰鋼水，保證不產(chǎn)

9、生大量皮下氣泡，一方面，必須摸索出低碳準(zhǔn)沸騰鋼的合理的氧濃度(用固體電解質(zhì)氧濃差電池測(cè)定鋼中氧活度，通過(guò)鋼包喂硅鈣絲調(diào)節(jié)其值)，韶鋼的經(jīng)驗(yàn)值為中包a[o]=30～60106；另一方面，在鋼水中氧濃度一定的條件下，可適當(dāng)提高拉速，進(jìn)一步抑制皮下氣泡的生成。2.2外來(lái)氣體(保護(hù)性氣體、空氣、水蒸汽)2.2.1空氣及其二次氧化當(dāng)連鑄過(guò)程的鋼水淌開(kāi)澆鑄，使鋼流表面與大氣直接接觸，或保護(hù)澆鑄裝置有縫隙產(chǎn)生負(fù)壓吸入空氣，則發(fā)生鋼水的二次氧化，鋼中吸

10、入大量空氣。一方面，在氣、液界面，空氣中的氧分子、部分氮分子溶解進(jìn)入鋼中，增加了鋼中[0]、[N]含量，空氣中的二氧化碳，會(huì)部分地與鋼中C、Si、Mn、A1等發(fā)生反應(yīng)，生成金屬氧化物和C0氣體。鋼液吸入空氣導(dǎo)致二次氧化產(chǎn)生C0氣泡的行為與鋼水脫氧不良產(chǎn)生CO氣泡的行為相同。另一方面，未溶解的空氣(混合氣體)，以氣泡的形式進(jìn)入鋼液，其行為與后面描述的保護(hù)性氣體氬氣相似。溶解在鋼液中的部分氮、氧、氫等原子，當(dāng)與鋼中已經(jīng)存在的氣泡邊界接觸時(shí)，