连铸坯中气泡产生原因分析及判断方法..doc

连铸坯中气泡产生原因分析及判断方法 ? 发表日期：2007-1-10　阅读次数：387 　 摘要:本文对连铸坯气泡的成因及特性进行了分析，并提出了识别气泡类型及改善和解决气泡问题的方法。 　 关键词: 连铸坯　 气泡　 氩气保护 1 前言 　 在钢的连铸过程中，不论是连铸“准沸腾钢”还是连铸高纯净度的镇静钢，国内外许多钢厂都遇到过连铸坯中的气泡问题，并且采取了相应的改进措施。有关连铸坯中气泡问题的科技文献，国内主要是侧重于连铸低硅低碳拉丝材等“准沸腾钢”，高品质钢连铸坯中的气泡问题的研究主要见诸国外文献，国内文献不多。 　 韶钢2号板坯连铸机于2003年5月投产，至2004年10月，所生产的Q235、Q345、45、50、船板等钢号都出现了一些气泡废品。为此，本文根据前人的理论、经验以及韶钢的生产实践，对连铸坯气泡的表现形式及产生的原因进行了分析，推断连铸坯气泡的成因，并采取了相应的改进措施，达到了改善气泡问题的目的。 2 气泡产生的原因及表现特性分析 　 根据炼钢理论及前人的经验，连铸过程产生气泡(包括针孔)的主要原因有3类——脱氧不良、外来气体(空气、保护性气体)、水蒸气(来自潮湿的添加料和耐火材料等)。 2.1 脱氧不良 2.1.1 CO气泡产生机理 　 脱氧不良时，产生的气泡为CO气泡。文献表明，在1500℃左右，钢液中与[0]优先发生反应的元素排列顺序为：Ca，Ba，Re，Al，Si，C，V，Mn，Fe，P，Cu，其中的Si，在1500℃附近，跟[O]反应的优先顺序与C相当，即[O]会与[C]、[Si]同时发生反应。当钢中存在[0]时，发生碳氧反应的必要条件之一是，在一定温度下，排在[C]元素之前的强脱氧剂[M]与[0]反应达到平衡时的[0]浓度高于[C]与[O]反应达到平衡时的[O]浓度。 　 钢中碳氧反应：[C]+[O]=CO 　 △rGo=-22186-38.386 T(J/m01)　 (1) 　 则：lnK=ln{(Pco/Po)/(a[c]a[0])}-2668.5/T+4.617 　 因此：a[c]a[0]=Pco/POEXP[-268.5/T—4.617]　 (2) 　 假设CO分压为一个标准大气压，无其它气体，Pc0/Po=1， 　 令：T=1500+273=1773K 　 则：a[c]a[0]=0.002194 　　　(3) 　 设活度系数fc=fo=1，当w[c]％=0.06(低碳拉丝用钢的碳含量)和0.46(45号优质碳素钢的碳含量)时，由式　 (3)计算得到： 　 w[o]％=0.03657和0.004770　　　 (4) 　 这是在以上假设条件下，与[C]平衡的[O]值。 　 当钢中存在酸溶铝时：　　　 　 2[Al]+3[0]=A12O3(s) 　 △rGo=-1202070+386.28 T(J/m01)(5) 　 则：lnK=ln｛1/(a[Al]2a[0]3｝=144584/T-46.46 　 因此：a[Al]2a[0]3=exp[-144584/T+46.46]　 (6) 　 令[Al]、[0]的活度系数均为1， 　 T=1500+273=l773 K 　 令w[Al]％=0.010和0.003， 　 计算得到：w[o]％=0.00004和0.04　　　 (7) 　 这是在以上假设条件下与[A1]平衡的[0]值。 　 由(4)、(7)可知，当钢液中[Al]含量为0.010％时，不论[C]为0.06％或0.46％，钢中的[O]都是先与[A1]反应，也就是说，钢中氧由脱氧元素[A1]控制，不会发生碳氧反应；当钢液中[A1]含量为0.003％及以下，而且钢中不存在[Ca]、[Re]等其他强脱氧元素，或其含量太低，不足以控制钢中[0]时，钢中的[O]都是由[C]控制，首先发生碳氧反应，钢中C含量越高，越容易发生碳氧反应。 　 韶钢4个钢号的典型化学成分，如表1所示。 表1 　　韶钢4个钢号的成品钢板化学成分/％ 钢号 Al C Ca Cu H Mg Mn N O S Si Q235B 0.010 0.14 痕量 0.05 0.0002 痕量 0.30 0.035 0.0050 0.020 0.20 Q345B 0.015 0.16 痕量 0.05 0.0002 痕量 0.30 0.040 0.0040 0.010 0.30 45 0.010 0.46 痕量 0.05 0.0002 痕量 0.30 0.040 0.0040 0.010 0.30 SL-05 0.002 0.06 痕量 0.052 0.0002 痕量 0.30 0.040 0.0200 0.010 0.05 　 　 由表1可知，由于前面3个钢号的铝元素含量都在0.010％以上，因此，钢中的[O