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:本文對連鑄坯氣泡的成因及特性進行了分析，并提出了識別氣泡類型及改善和解決氣泡問題的方法。關鍵詞:連鑄坯氣泡氬氣保護1前言在鋼的連鑄過程中，不論是連鑄“準沸騰鋼”還是連鑄高純凈度的鎮(zhèn)靜鋼，國內(nèi)外許多鋼廠都遇到過連鑄坯中的氣泡問題，并且采取了相應的改進措施。有關連鑄坯中氣泡問題的科技文獻，國內(nèi)主要是側重于連鑄低硅低碳拉絲材等“準

2、沸騰鋼”，高品質(zhì)鋼連鑄坯中的氣泡問題的研究主要見諸國外文獻，國內(nèi)文獻不多。韶鋼2號板坯連鑄機于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)驗以及韶鋼的生產(chǎn)實踐，對連鑄坯氣泡的表現(xiàn)形式及產(chǎn)生的原因進行了分析，推斷連鑄坯氣泡的成因，并采取了相應的改進措施，達到了改善氣泡問題的目的。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，連鑄過程產(chǎn)

3、生氣泡(包括針孔)的主要原因有3類——脫氧不良、外來氣體(空氣、保護性氣體)、水蒸氣(來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)生機理脫氧不良時，產(chǎn)生的氣泡為CO氣泡。文獻表明，在1500℃左右，鋼液中與[0]優(yōu)先發(fā)生反應的元素排列順序為：Ca，Ba，Re，Al，Si，C，V，Mn，F(xiàn)e，P，Cu，其中的Si，在1500℃附近，跟[O]反應的優(yōu)先順序與C相當，即[O]會與[C]、[Si]同時發(fā)生反應。當鋼中存在[

4、0]時，發(fā)生碳氧反應的必要條件之一是，在一定溫度下，排在[C]元素之前的強脫氧劑[M]與[0]反應達到平衡時的[0]濃度高于[C]與[O]反應達到平衡時的[O]濃度。鋼中碳氧反應：[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CO分壓為一個標準大氣壓，無其它氣體，

5、Pc0Po=1，令：T=1500273=1773K則：a[c]a[0]=0.002194(3)設活度系數(shù)fc=fo=1，當w[c]％=0.06(低碳拉絲用鋼的碳含量)和0.46(45號優(yōu)質(zhì)碳素鋼的碳含量)時，由式(3)計算得到：w[o]％=0.03657和0.004770(4)這是在以上假設條件下，與[C]平衡的[O]值。當鋼中存在酸溶鋁時：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P生P阻時，CO氣泡才能形成和長大。而連鑄過程P阻最小的位置，就是最靠近結晶器液面的凝固坯殼的固液界面，越往下，鋼水靜壓強越大，氣泡越難形成和長大。距結晶器液面的一定深度，P生P阻時，即使樹枝晶間的濃縮相中形成針孔氣泡源，但形不成臨界氣泡，更談不上氣泡長大，此

7、時，即使鋼中有一定的碳氧濃度積，碳氧反應也不可能再持續(xù)進行。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，應該分布在鑄坯皮下的一定深度。2.1.2CO氣泡實例韶鋼于2000年開發(fā)的SL05低碳拉絲準沸騰鋼方坯，幾乎每條方坯都存在皮下氣泡和針孔，分布很有規(guī)律，氣泡嚴重時，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(用刨床加工實物)上的分布如圖1，橫截面的芯部存在一個非常對稱的正

8、方形，其內(nèi)不存在氣泡。圖1證明了在其它條件相對穩(wěn)定的前提下，存在一個由鋼水靜壓強決定的氣泡生成臨界壓強，也就是說，大于該壓強的鋼水，不再生成CO氣泡。圖1準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度，提高連鑄坯拉速，可適當減少[C]、[O]的相界面偏析富集減少針孔氣泡源同時使鋼水快速進入高靜壓強的下部區(qū)域，能夠有效抑制CO針孔氣泡的長大。為了順利連鑄低硅低鋁準沸騰鋼水，保證不產(chǎn)

9、生大量皮下氣泡，一方面，必須摸索出低碳準沸騰鋼的合理的氧濃度(用固體電解質(zhì)氧濃差電池測定鋼中氧活度，通過鋼包喂硅鈣絲調(diào)節(jié)其值)，韶鋼的經(jīng)驗值為中包a[o]=30～60106；另一方面，在鋼水中氧濃度一定的條件下，可適當提高拉速，進一步抑制皮下氣泡的生成。2.2外來氣體(保護性氣體、空氣、水蒸汽)2.2.1空氣及其二次氧化當連鑄過程的鋼水淌開澆鑄，使鋼流表面與大氣直接接觸，或保護澆鑄裝置有縫隙產(chǎn)生負壓吸入空氣，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、部分氮分子溶解進入鋼中，增加了鋼中[0]、[N]含量，空氣中的二氧化碳，會部分地與鋼中C、Si、Mn、A1等發(fā)生反應，生成金屬氧化物和C0氣體。鋼液吸入空氣導致二次氧化產(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)，以氣泡的形式進入鋼液，其行為與后面描述的保護性氣體氬氣相似。溶解在鋼液中的部分氮、氧、氫等原子，當與鋼中已經(jīng)存在的氣泡邊界接觸時，