连铸保护浇注培训课件

一.二次氧化产物形式模式 1.硅镇静钢 ⑴对脱氧情况 钢中溶解[O]与Al结合生成Al2O3，当Al氧化
完了仍有少量[O]与Si、Mn反应，直到所有 的溶解[O]都结合了，结果形成一个小的夹 杂物。钢中溶解[O]限制了反应进行的程度， 一旦[O]没有了反应也就停止。
⑵对二次氧化情况
空气中的O2可源源不断供给钢液表面，[O] 与[Al]结合的同时，也与Si、Mn反应直到这 些元素消耗殆尽为止，因而生成夹杂物粒 径较大。二次反应产物含弱脱氧元素Si、 Mn较多，强脱氧元素Al较少。
一.注流与空气相互作用 若钢包注流为光滑的圆柱体，长度为l、直径为d，
则注流比表面积为： F＝S∕G = πdl∕(πd2∕4)lρ＝4∕ρd
可见： 1.注流比表面积与水口直径成反比。比表面积越大，
空气二次氧化越严重。 （中间包注流比钢包注流二次氧化严重。） 2.注流比表面积还与注流形态有关。 光滑致密注流有最小表面积，吸氧少（0.7ppm）。 粗糙注流和散流吸氧大大增加（20～40ppm）。 注流形态还与水口凝钢、结瘤有关。
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② 钢水与水口耐火材料相互作用
熔融石英质水口不能浇高锰钢的原因是发 生了以下反应：
2[Mn]＋（SiO2）＝2（MnO）＋[Si] （MnO）＋（SiO2）＝MnO·SiO2
四.钢液与渣相的相互作用
1.转炉出钢时，高碱度高氧化性的渣子进入钢 包，使加入的铁合金回收率不稳定；悬浮 在钢水中的渣滴在上浮过程中会与钢水中 的Al、Si、Mn等元素发生化学反应，成为 铸坯中夹杂物来源之一。
二．钢水氮平衡
浇注过程中钢水从空气吸O2的同时也从空 气中吸N2，钢水中氧含量的增加也表现为 钢中[N]含量增加。而钢水中[N]的来源比较 单一，主要是来源于空气，因此，可用钢 中[N]含量的增加来指示钢水二次氧化的程 度。
三．钢中总氧量
钢中总氧量[O]总＝[O]溶解＋[O]结合 [O]溶解—自由氧或氧活度a，可用氧探头直接测定。
第六章 连铸保护浇注 §6—1 钢水二次氧化与钢的清洁度
一.钢清洁度及铸坯中夹杂物的特征 1.钢的清洁度：
指钢中非金属夹杂物的数量、尺寸、分布和 形态。
2.连铸坯夹杂物按来源分类：
A. 内生夹杂物
在液体或固体钢内，由于脱氧和凝固时进 行的各种物理化学反应而形成的夹杂物。 重要是和钢中氧、硫、氮的反应产物。
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2.钢包渣中（FeO＋MnO）含量越高，钢水中 ∑[O]也就越高。
因此转炉出钢时应采取挡渣措施，尽量减 少下渣，同时也要防止钢包渣下到中间包， 以免影响中间包钢水质量。
五.渣相与耐火材料的相互作用
残留在钢水中的二次氧化产物和卷入的炉 渣，与耐火材料相接触会产生严重的侵蚀 作用。
§6—3 浇注过程中钢液二次氧化产物的 形成
气接触作用的生成物，也是钢中氧的来源。 二次氧化生成夹杂物特征：
a.组成复杂，一般是多种氧化物组成的复合相；
b.颗粒尺寸大，一般大于50μm。
c.形状不规则，有球形、多角形等；
d.在钢中呈偶然性分布；
e.平衡氧差异，二次氧化是钢中溶解元素与空气中O2之间的平 衡，空气中O2可源源不断供给钢液进行氧化反应生成二次氧 化产物。
在连铸过程中，从钢包→中间包→结晶器 采用全程保护浇注，是防止二次氧化的有 效措施。
一．保护介质的工艺功能 1.把液体金属与空气隔开防止二次氧化； 2.减少中间包、结晶器钢液面的热辐射损失，
防止表面结壳； 3.吸收从钢液中上浮的夹杂物； 4.在结晶器壁与凝固坯壳之间起润滑作用。
二.保护浇注方法 1.气体保护法：Ar。 2.液体保护剂：菜籽油（或石蜡）。 3.固体保护剂：中间包液面覆盖剂、结晶器液面保
硅镇静钢夹杂物形成示意图：
2.铝镇静钢
⑴对脱氧情况
当钢中[Al]＞0.01%时，钢中溶解[O]很低， 钢中[O]全部与Al结合生成Al2O3，而没有[O] 与Si、Mn反应，故夹杂物全部为Al2O3。
⑵对二次氧化情况
空气中大量供O2，首先是钢液表面Al大量 氧化生成Al2O3，如钢流暴露在空气中时间 短，且Al含量高，钢中Al不会全部氧化掉， 如暴露时间长了就有Si、Mn同时氧化。因 此二次氧化产物是随Si、Mn氧化程度而不 同的。开始生成大块的群状Al2O3，然后生 成多相的球形夹杂或单相的硅酸盐夹杂。
§6—2 浇注过程中二次氧化源
浇注过程二次氧化源是： A.注流与空气接触直接吸氧； B.中间包、结晶器钢液面与空气相互作用； C.钢水与耐火材料、保护渣相互作用； D.卷入的渣滴与钢水相互作用。
连铸过程二次氧化源： 1—钢∕空气； 2—渣∕钢； 3—包衬∕钢； 4—卷入气泡和炉渣质点； 5—耐火材料∕钢； 6—保护渣∕钢
特征：分布均匀；颗粒细小。
B.外来夹杂物
从炼钢到浇注的全过程中，钢液与空气、 耐火材料、炉渣相互作用的产物以及耐火 材料、熔渣等在冶炼、出钢、浇注过程中 进入钢中并滞留在钢中造成的夹杂物。
特征：组成复杂、外形不规则；尺寸比较 大；偶然地在这里或那里出现。
连铸坯中外来夹杂物主要来源： A.二次氧化产物 浇注过程中钢包和中间包的钢水注流，结晶器液面裸露与大
对弧形连铸机铸坯夹杂物示踪试验指出，浇注 过程中构成铸坯中夹杂物的贡献是：出钢氧化 10％，脱氧产物15％，炉渣卷入5％，浇注二 次氧化40％，耐火材料侵蚀20％，中间包渣10 ％，这说明铸坯中夹杂物基本上是外来夹杂物。
§6—4 二次氧化量度的评价
一.中间包Al平衡法 对Al镇静钢，可用钢包→中间包→铸坯中酸
2.夹杂物对钢的塑性和韧性的影响
⑴夹杂物与塑性
第二类硫化物夹杂对钢的塑性影响最坏。 ⑵夹杂物与韧性
夹杂物对钢材韧性的影响，是通过它对韧 性断裂过程的影响而起作用的。
3.夹杂物对钢的疲劳性能的影响
取决于夹杂物的类型、大小、数量和分布。
4.夹杂物对钢的加工性能的影响
硫化物夹杂使钢的热加工性能变坏。钢中 长条状夹杂物使钢的冷弯性能出现各向异 性。
含Al的钢水与中间包耐火材料中的SiO2会 发生以下反应：
4 [Al] ＋ 3（SiO2）= 3 [Si]＋ 2（Al2O3） 生成的Al2O3与卷入钢水中的炉渣质点结
合生成CaO·Al2O3类夹杂物残留于钢中， 同时钢中Al含量有所降低，而Si含量有所 增加。所以钢包、中间包衬不用酸性粘土 砖，而用高铝质（Al2O3大于85％）材料。 连铸高质量钢（如深冲用铝镇静钢）时， 中间包采用镁质绝热板，或砖砌包衬表面 用镁质涂层，以防止上述反应的发生，提 高钢水清洁度。
D.由于连铸工艺工序多，浇注时间长，热损 失多，所以要求钢水温度相应高一些，这样 与大气、耐火材料作用的能力增强了，更容 易生成夹杂物。
二.夹杂物对钢的性能的影响 （考虑夹杂物的数量、颗粒大小、形态及分布。）
1.夹杂物和裂纹的形成及应力集中 ⑴夹杂物与裂纹的形成
裂纹的生成与夹杂物有密切关系。这是由于比较 容易变形的金属在难以变形的夹杂物周围塑性流 动时，产生很大的张力而使金属和夹杂物界面的 联结断裂，形成空隙。显然这种空隙容易发生在 和金属基体联结能力弱的夹杂物处。另外一种情 况则是由于夹杂物周围的应力而使夹杂物破碎生 成空隙。 ⑵夹杂物与应力集中 如果材料中有非金属夹杂物，则应力分布不再均 匀，出现应力集中现象，即在与夹杂物端部相毗 邻的金属基体处应力急剧升高。
高温钢水使砖衬表面和砖缝发生软化，软 化层被钢水冲刷而进入钢水中来不及上浮。 这类夹杂物组成和原始耐火材料组成基本 相近。
2.化学作用
溶解在钢中的某些元素与耐火材料中氧化 物发生还原反应生成氧化产物，并与其它 夹杂物相结合，形成的复合夹杂物与耐火 材料成分相差较大。
⑴钢水与包衬耐火材料之间反应
当钢液脱氧后，与溶解在钢中的元素相平衡的溶 解氧是很低的。如钢中[Al]＝0.01％，与之相平衡 的[O] ﹤10ppm。
[O]结合—以内生和外来夹杂物的形式分布于钢中， 目前还不能在线直接测定钢中的结合氧。
从钢包→中间包→结晶器→铸坯中[O]总的增加， 也就指示了浇注过程中钢水二次氧化程度。
§6—5 防止二次氧化的对策
二.钢中夹杂物起源的追踪
在连铸坯中发现的夹杂物组成复杂，形状 各异，很难区分夹杂物属于哪一种来源。
为区分铸坯中夹杂物来源，采用示踪法来 追踪夹杂物起源，可为改进工艺指明方向。
如转炉渣加BaCO3、中间包渣加La2O3、结 晶器渣加Ce2O、中间包衬加ZrO2。如铸坯 夹杂物中发现有BaO、 La2O3 ，说明有转炉 渣和中间包渣下到结晶器而卷入铸坯；铸 坯夹杂物中含有Ce2O和ZrO2 ，说明有包衬 耐火材料侵蚀和保护渣的卷入。
浇注过程中中间包、结晶器钢液表面不断 更新吸O2比静止液面要严重得多。
注意：
钢液中含有易氧化元素如Al、Ti、Si、Cr， 最倾向于形成表面浮渣或氧化渣皮，如不 捞出或被保护渣吸收，易卷入凝固壳表面 形成夹渣缺陷，或者嵌入凝固壳形成“热 点渣斑”，甚至造成出结晶器漏钢。
三.钢液与耐火材料作用
1.机械冲蚀
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提高连铸坯洁净度的关键是防止钢水在浇注过程中的二次氧 化。
B.卷渣 包括漩涡卷渣和钢流冲击卷渣。 C.耐火材料的熔损物 高温下钢包和中间包内衬、水口、塞棒等耐
火材料与告诉作用被熔损、冲刷而进入钢中。
3.连铸坯夹杂物的特征
A.夹杂物来源广泛。
B.夹杂物去除困难。
C.夹杂物对钢的危害大。
溶[Al]的损失来衡量二次氧化。 从钢包→中间包钢水酸溶Al损失包括： 1．从钢包→中间包注流氧化损失； 2．中间包覆盖渣和包衬对Al的氧化损失； 3．注流冲击区卷入空气对Al的氧化损失； 4．中间包水口对钢水Al氧化损失。
浇注过程二次氧化示意图： 1—钢包； 2—中间包； 3—结晶器； 4—板坯
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二.钢液与空气相互作用 1.注流卷入空气 从钢包（或中间包）水口流出的高速注流，
在周围形成了一个负压区，把大量空气卷 入中间包（或结晶器）熔池中。 注流卷入空气有四种方式： ⑴注流为光滑的层流； ⑵注流处于层流与紊流的过渡区； ⑶注流表面为高度的紊流； ⑷注流分裂成液滴散流。
2.钢液表面更新吸氧
护渣。 4.物理保护法 钢包→中间包注流采用Al—C质长水口； 中间包→结晶器注流采用浸入式水口。 5.其它方法 出钢挡渣； 防止下渣； 中间包使用碱性耐火材料（镁质、镁铬质）
பைடு நூலகம்
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