浇注过程钢水二次氧化与水口堵塞-.ppt
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1、浇注过程钢水二次氧化与水口堵塞 目目 录录v1.前言前言v2.炼钢过程钢水氧含量控制炼钢过程钢水氧含量控制v3.浇注过程钢水二次氧化现象浇注过程钢水二次氧化现象v4.浇注过程水口堵塞现象浇注过程水口堵塞现象v5.结语结语21.前言前言v钢中氧钢洁净度的度量钢中氧钢洁净度的度量v钢中的总氧钢中的总氧TOO溶溶+O夹杂夹杂 v钢中钢中TO越低,钢越越低,钢越“干净干净”3产品分类钢种代表规格产品材质特性要求清洁度要求薄板DI罐低碳铝镇静钢0.20.3mmt飞边裂纹TO20ppm,D20m深冲钢超低碳铝镇静钢0.20.6mmt超深冲,非时效性表面线状缺陷C20ppm,N20ppm TO20ppm,D
2、100m荫罩钢低碳铝镇静钢0.10.2mmt防止图像侵蚀D100m,低硫化导架结构材13%Cr0.150.25mmt打眼加工时的裂纹D100m42NiD5m,N50ppm中厚板管线钢X5270级低合金钢1040mmt氢引起的裂纹夹杂物形态控制低硫化,S10ppm低温用钢9%Ni1040mmt低温脆化P0.003%,S0.001%抗层状撕裂钢结构高强钢1040mmt层状撕裂低磷化、低硫化无缝管座圈材轴承钢50300mm转动疲劳寿命TO10ppm,Ti20ppm净化管不锈钢10 mm电解浸蚀时表面光洁度TO20ppm,N50ppm D5m棒材轴承轴承钢3065 mm转动疲劳特性TO10ppm,Ti
3、15ppmD15m渗碳钢SCM432、420疲劳特性、加工性TO15ppm,P0.005%线材轮胎钢丝SWRH72、82B0.10.4 mm冷拔断裂非塑性夹杂D20m弹簧钢SWRSSi-Cr钢1.610 mm0.10.15 mm疲劳特性、残余应变性非塑性夹杂D20m典型纯净钢对洁净度的要求典型纯净钢对洁净度的要求42.炼钢过程氧含量控制炼钢过程氧含量控制vTOO溶溶O夹杂夹杂v出钢时:出钢时:O夹杂夹杂0,TOO溶;溶;v生产统计表明,终点生产统计表明,终点O溶(溶(aO)决定)决定于:于:v(1)终点终点Cv(2)终点温度;终点温度;v(3)终渣终渣(FeO)含量含量 5(1)终点终点C含量
4、影响含量影响v区:区:O溶波动在溶波动在C-O平衡曲线附近平衡曲线附近v (C0.04%,O=600900ppm)CO=0.0027 炉龄炉龄2500炉炉v 区:区:O溶远离溶远离C-O平衡曲线平衡曲线v (C2500炉炉6(2)终点温度影响终点温度影响v当终点当终点C=0.0250.04%时,随着温度的升高,终点时,随着温度的升高,终点O溶呈上升趋势溶呈上升趋势v当当T1680时,终点时,终点O溶明显增加溶明显增加 7(3)终渣终渣(FeO)含量含量v终点终点C越低越低(或后吹或后吹),吹入,吹入氧主要用来生成氧化铁,使氧主要用来生成氧化铁,使渣中渣中(FeO)大增,同时增加大增,同时增加了
5、终点了终点O溶。溶。8 在铁水成分和吹炼制度一定的条在铁水成分和吹炼制度一定的条件下,要降低转炉终点件下,要降低转炉终点O溶,必须准确溶,必须准确控制终点钢水碳和温度:控制终点钢水碳和温度:(1)控制控制C终不要终不要0.035%;(2)控制终点温度在控制终点温度在16401680;(3)渣中渣中(FeOMnO)在在1418%;(4)动态控制,提高转炉终点碳和温度动态控制,提高转炉终点碳和温度的命中率,杜绝后吹;的命中率,杜绝后吹;(5)强化复吹效果强化复吹效果(尤其是对低碳钢尤其是对低碳钢)。C终终0.020.05%顶吹终点顶吹终点O溶溶700ppm900ppm C终终0.020.05%复吹
6、终点复吹终点O溶溶250ppm600ppm9v应该指出,转炉终点应该指出,转炉终点O溶高,溶高,RH脱碳结束后,脱碳结束后,O溶也高溶也高v BOF-RH-CC工艺生产超低碳钢比较如下:工艺生产超低碳钢比较如下:v C初始初始/%O初始初始/ppm C目标目标/ppm O目标目标/ppmv国外某厂国外某厂 0.020.04 400500 2015 150250v国内某厂国内某厂 0.020.04 700900 3010 400600 对生产低碳、超低对生产低碳、超低碳钢用于深冲用途的薄碳钢用于深冲用途的薄板,应强调复吹效果降板,应强调复吹效果降低终点低终点O,保证产品质,保证产品质量。而不是强
7、调溅渣护量。而不是强调溅渣护炉,提高炉龄。炉,提高炉龄。103.浇注过程中钢水的二次氧化现象浇注过程中钢水的二次氧化现象3.1 二次氧化的定义二次氧化的定义二次氧化:广义来说,二次氧化是指钢水中二次氧化:广义来说,二次氧化是指钢水中的合金元素与空气中的氧、炉渣、耐火材料中的合金元素与空气中的氧、炉渣、耐火材料中的氧化物发生化学反应,生成新的氧化物相而的氧化物发生化学反应,生成新的氧化物相而污染钢水。污染钢水。生产洁净钢,通过脱氧和精炼操作最大限度生产洁净钢,通过脱氧和精炼操作最大限度去除脱氧夹杂物外,更重要的是防止在浇注过去除脱氧夹杂物外,更重要的是防止在浇注过程中二次氧化所产生的外来的大颗粒
8、夹杂物。程中二次氧化所产生的外来的大颗粒夹杂物。从提高钢洁净度上讲,提高产品质量就是减少从提高钢洁净度上讲,提高产品质量就是减少大颗粒夹杂物而努力大颗粒夹杂物而努力 11项目项目脱氧产物脱氧产物二次氧化产物二次氧化产物1来源来源 内生夹杂物内生夹杂物 外来夹杂物外来夹杂物2平衡氧源平衡氧源 元素元素-溶解溶解O夹杂物平衡。夹杂物平衡。如如Al-K钢,钢,Als0.05%,相平相平衡氧衡氧O=23ppm O2-元素元素-夹杂物平衡。空气中夹杂物平衡。空气中的氧可源源不断供给钢水进行氧的氧可源源不断供给钢水进行氧化可把合金元素消耗殆尽。化可把合金元素消耗殆尽。3夹杂物尺夹杂物尺寸寸 细小,一般细小
9、,一般30300m,,甚至几百微米,甚至几百微米4夹杂物组夹杂物组成成 组成单一,如组成单一,如Al-K钢,钢,Al2O3,Si-K钢钢MnOSiO2 组成复杂,是多种氧化物复合夹组成复杂,是多种氧化物复合夹杂物杂物5冷却速度冷却速度 冷却速度越快,生成夹杂物冷却速度越快,生成夹杂物越细小越细小 影响不大影响不大6钢中分布钢中分布 细小弥散分布细小弥散分布 偶然性分布偶然性分布7危害程度危害程度 较小较小 较大较大脱氧产物与二次氧化产物的比较脱氧产物与二次氧化产物的比较123.2浇注过程中的二次氧化源浇注过程中的二次氧化源v钢水钢水/空气空气v钢水钢水/炉渣、顶渣、中间包覆炉渣、顶渣、中间包覆
10、盖剂盖剂v钢水钢水/耐火材料耐火材料v浇注过程中下渣、卷渣现象浇注过程中下渣、卷渣现象v浇注过程中不稳态浇注的二浇注过程中不稳态浇注的二次氧化次氧化13钢水钢水/空气的二次氧化空气的二次氧化v注流与空气接触吸注流与空气接触吸O2v注流卷入空气吸氧:注流卷入空气吸氧:v 从钢包水口流出到中间包路程中注流卷入空气的四种机从钢包水口流出到中间包路程中注流卷入空气的四种机理:理:v光滑层注流光滑层注流(层流层流);v脉动注流脉动注流(层流层流紊流过渡区紊流过渡区),表面锯齿状;,表面锯齿状;v紊流注流紊流注流(注流表面粗糙注流表面粗糙);v注流变为液滴注流变为液滴(吸氧速率比光滑注流大吸氧速率比光滑注
11、流大60倍倍)v 14v钢水裸露吸氧:钢水裸露吸氧:v 如中包表面积如中包表面积15m2,熔池深度,熔池深度0.7m,由注流冲击引起中包液,由注流冲击引起中包液面裸露面裸露1.15s就更新一次,则一分钟内更新就更新一次,则一分钟内更新52次,裸露于空气中钢水表次,裸露于空气中钢水表面积为面积为260m2,可见由液面更新造成的二次氧化是非常严重的。,可见由液面更新造成的二次氧化是非常严重的。v二次氧化模式二次氧化模式 v (1)硅镇静钢硅镇静钢(Als0.01%)硅镇静钢夹杂物形成示意图硅镇静钢夹杂物形成示意图 Al镇静钢夹杂物形成模式镇静钢夹杂物形成模式 15 钢包钢包中包,钢水经空气中吸中包
12、,钢水经空气中吸O2后,表现为:后,表现为:钢水中酸溶铝钢水中酸溶铝Als降低,降低,Al-K钢钢Als=0.01%左右左右钢水钢水TO增加,夹杂物增加;增加,夹杂物增加;钢水中钢水中N增加。增加。式中:氧气吸收速率常数,为式中:氧气吸收速率常数,为0.256610-5cm/spa;氮气吸收速率常数,为氮气吸收速率常数,为1.010-2cm/spa;钢液饱和氮含量,钢液饱和氮含量,ppm,为,为440ppm;钢包中钢包中N含量,含量,ppm;铸坯中铸坯中N含量,含量,ppm;钢液密度,取钢液密度,取7.0kg/cm3;气体分子量,为气体分子量,为32;气体中氧的分压,气体中氧的分压,0.21a
13、tm。16v以某厂生产以某厂生产IF钢钢 为例,采用长水口保护浇注各工序的吸氮来计算为例,采用长水口保护浇注各工序的吸氮来计算O;v钢包钢包中间包钢水吸中间包钢水吸N增加,钢水中增加,钢水中TO也是增加也是增加(左下图左下图),说明二次氧,说明二次氧化使夹杂物增多。化使夹杂物增多。N/ppmN/ppmO/ppmRH处理前13.75-RH处理后151.253.56中间包16.751.755.01铸坯214.2511.1017保护浇注保护浇注v仅用长水口:仅用长水口:N=1117ppmv长水口长水口+Ar封封:N0(零吸氮零吸氮)v 钢包钢包中间包保护效果好坏主要集中在钢包中间包保护效果好坏主要集
14、中在钢包下水口与长水口连接上,利用密封垫圈和下水口与长水口连接上,利用密封垫圈和Ar封来防封来防止空气渗入。止空气渗入。v 中包中包结晶器结晶器 N1ppm(0.5ppm)v 中间包中间包结晶器的注流保护不好发生二次氧结晶器的注流保护不好发生二次氧化形成夹杂物,很难上浮而留在铸坯中,同时也会化形成夹杂物,很难上浮而留在铸坯中,同时也会造成水口结瘤。同样造成水口结瘤。同样SEN的连接的连接+Ar封也是非常重封也是非常重要的。要的。18钢水钢水/炉渣、顶渣、中间包覆盖剂二次氧化炉渣、顶渣、中间包覆盖剂二次氧化v渣中渣中(FeO+MnO)增加,板坯中增加,板坯中TO含量增加,冷轧板缺陷率增加含量增加
15、,冷轧板缺陷率增加;v必须控制转炉出钢下渣量和成分:必须控制转炉出钢下渣量和成分:v (1)出钢挡渣:目标钢包渣层厚度出钢挡渣:目标钢包渣层厚度50mm,甚至,甚至20mm,2kg/t;v (2)渣稀释法:钢包加石灰、萤石、铝矾土造低熔点渣以降低渣中渣稀释法:钢包加石灰、萤石、铝矾土造低熔点渣以降低渣中v (FeO+MnO)含量;含量;v (3)渣还原处理:石灰渣还原处理:石灰+Al粉,合成渣粉,合成渣(CaO+Al2O3)+Al粉在出钢时加到粉在出钢时加到钢包钢包 v 渣面上,以脱去渣中渣面上,以脱去渣中FeO。v 2Al+3FeO(渣渣)=Al2O3(渣渣)+3Fe(1)转炉终点渣:转炉终
16、点渣:19v LF炉要求脱硫,则顶渣加还原剂炉要求脱硫,则顶渣加还原剂(SiFe、Al粉、粉、CaC2等等)造高硫容量碱性还原渣,使造高硫容量碱性还原渣,使钢包顶渣中钢包顶渣中(FeO)1%,既要提高脱硫效率,既要提高脱硫效率,也要良好吸收夹杂物。也要良好吸收夹杂物。v RH处理时,出钢渣高氧化性,增加钢水处理时,出钢渣高氧化性,增加钢水TO量和冷轧板缺陷。量和冷轧板缺陷。v TFe+MnO/%冷轧板表面缺陷冷轧板表面缺陷/%v 46 1.07v 810 2.83v 1012 6.35v 所以出钢渣进行渣脱氧以防止钢包顶渣所以出钢渣进行渣脱氧以防止钢包顶渣二次氧化。钢二次氧化。钢-渣强烈搅拌,
17、脱氧合金化后,渣强烈搅拌,脱氧合金化后,钢包顶渣中的钢包顶渣中的(SiO2)可被钢水中可被钢水中Als还原。还原。v (SiO2)+4/3Al=2/3(Al2O3)+Si (2)钢包顶渣钢包顶渣20v浇铝镇静钢浇铝镇静钢(Al-K钢钢)中间包覆盖剂中含有中间包覆盖剂中含有SiO2在钢在钢/渣界面发生渣界面发生Al+(SiO2)(Al2O3)+Si这一反应,可以测定浇注过程中钢水中这一反应,可以测定浇注过程中钢水中Si变化来判断转移到钢水中变化来判断转移到钢水中O含量。含量。v如果精炼后钢水中如果精炼后钢水中TO为为30ppm,浇入中包后由于渣中,浇入中包后由于渣中(SiO2)与与Al的还原反应
18、,使钢水中的还原反应,使钢水中TO增加一倍多。因此渣中增加一倍多。因此渣中(SiO2)是有效的是有效的氧源,渣中氧源,渣中(SiO2)含量应尽可能低,中包渣应采用碱性覆盖剂。含量应尽可能低,中包渣应采用碱性覆盖剂。(3)钢包壁挂渣:钢包壁会粘附高氧化性渣子,它是氧的存储器。钢包壁挂渣:钢包壁会粘附高氧化性渣子,它是氧的存储器。(4)中间包渣中间包渣/覆盖剂覆盖剂21v酸性渣比碱性渣钢水中酸性渣比碱性渣钢水中Al损失损失50ppm,说明渣,说明渣中中(SiO2)氧化氧化Al之故。之故。CaO/%SiO2/%Al2O3/%MgO/%TO/ppm4052418213657515415925103.5
19、30中包覆盖渣中中包覆盖渣中(SiO2)对对TO影响影响 22钢水钢水/耐材耐材v试验指出:对铝镇静钢,包衬材质对钢水中试验指出:对铝镇静钢,包衬材质对钢水中TO影响:影响:v 材质材质 CaO质质 MgO-CaO 高高Al2O3 ZrO2-SiO2v TO/ppm 5-8 5-8 5-10 5-15v对对BOF-RHBloom工艺生产轴承钢研究指出:中间包衬使用:工艺生产轴承钢研究指出:中间包衬使用:v 碱性白云石碱性白云石 钢水钢水TO7-8ppmv MgO涂料涂料 钢水钢水TO7-9ppmv 高高Al2O3MgO涂料涂料 钢水钢水TO6-9ppmv包衬材料中含有包衬材料中含有SiO2被钢
20、水中被钢水中Al还原生成还原生成Al2O3,使钢洁净,使钢洁净度降低,故要求度降低,故要求SiO20.65%就存在上述反应发生。因此浇注高就存在上述反应发生。因此浇注高Mn和含和含Al的钢时,必须使用铝碳质水口,以抵抗的钢时,必须使用铝碳质水口,以抵抗Mn、Al的化的化学侵蚀。学侵蚀。v但铝碳质水口在浇注含但铝碳质水口在浇注含Al、Ti钢时易发生钢时易发生Al2O3、TiO2堵水堵水口及长时间浇注渣线部位的口及长时间浇注渣线部位的“颈缩现象颈缩现象”,因此渣线部位采,因此渣线部位采用铝锆碳质。用铝锆碳质。(2)浸入式水口浸入式水口24浇注过程中的下渣、卷渣浇注过程中的下渣、卷渣v浇注过程中钢包
21、渣、中包渣、浇注过程中钢包渣、中包渣、结晶器渣会以渣滴形式卷入结晶器渣会以渣滴形式卷入钢水中,卷入渣滴氧势高钢水中,卷入渣滴氧势高(FeO、MnO、SiO2)。一。一方面与钢水中合金元素发生方面与钢水中合金元素发生二次氧化生成夹杂物;另外二次氧化生成夹杂物;另外渣滴也会在钢中生成大颗粒渣滴也会在钢中生成大颗粒夹杂物。夹杂物。v在某厂在某厂BOF-LF-CC生产流生产流程中,为了跟踪铸坯中夹杂程中,为了跟踪铸坯中夹杂物来源,进行了示踪试验。物来源,进行了示踪试验。见右图。见右图。25v铸坯中统计铸坯中统计100个夹杂物,个夹杂物,70%夹杂物含有示踪元素,夹杂物示踪元素平夹杂物含有示踪元素,夹杂
22、物示踪元素平均含量:均含量:CeO2:0.14%SrO:0.156%v ZrO2:0.25%La2O3:0.41%v Na2O+K2O:1.64%。v粗略计算指出铸坯中夹杂物各自贡献:粗略计算指出铸坯中夹杂物各自贡献:v 外来夹杂物外来夹杂物(下渣下渣+卷渣卷渣):41%v 二次氧化:二次氧化:39%v 脱氧产物:脱氧产物:20%v 由此可知钢包由此可知钢包中间包中间包结晶器过程中防止下渣、卷渣是生产洁净结晶器过程中防止下渣、卷渣是生产洁净钢非常重要的操作。钢非常重要的操作。结晶器渣中结晶器渣中Ce2O和和SrO含量变化含量变化263.2.5 浇注过程不稳态浇注的二次氧化现象浇注过程不稳态浇注
23、的二次氧化现象v钢包水口自开率钢包水口自开率v钢包长水口操作钢包长水口操作v中间包开浇中间包开浇v连浇换钢包连浇换钢包v浇注尾坯浇注尾坯27v水口自开比烧氧打开钢水口自开比烧氧打开钢中中TO要低要低1015ppm,因此提高钢包水口自,因此提高钢包水口自开率是很重要的。开率是很重要的。(1)钢包水口自开率钢包水口自开率28v美国美国Weirton Steel试验指出:试验指出:v操作操作1:敞开浇注,板坯有:敞开浇注,板坯有15m过渡区过渡区的质量指数变坏,不能做镀锡板;的质量指数变坏,不能做镀锡板;v操作操作2:长水口距中包液面:长水口距中包液面46cm开浇后开浇后插入钢水中,板坯质量指数有改
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