连铸工艺设备连铸保护浇注

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1、,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,第六章连铸保护浇注,61,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。,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

2、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,50m,。,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,O,2,之间的平衡，空气中,O,2,可源源不断供给钢液进行氧化反应生成二次氧化产

3、物。,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。,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,夹杂物与裂纹的形成,裂纹的生成与夹杂物有

4、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。,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。,2.,夹杂物对钢的塑性和韧性的影响,夹杂物与塑性,第二类硫化物夹杂对钢的塑性影响最坏。,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

5、、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。,62,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,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,SG=dl(d24)l,4d,可见：,1.,

6、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。,二,.,钢,液,液,与,与,空,空,气,气,相,相,互,互,作,作,用,用,1.,注,流,流,卷,卷,入,入,空,空,气,气,从,钢,钢,包,包,（,（,或,或,中,中,间,间,包,包,）,）,水,水,口,口,流,流,出,出,的,的,高,高,速,速,注,注,流,流,，,，,在,在,周,周,围,围,形,形,成,成

7、,了,了,一,一,个,个,负,负,压,压,区,区,，,，,把,把,大,大,量,量,空,空,气,气,卷,卷,入,入,中,中,间,间,包,包,（,（,或,或,结,结,晶,晶,器,器,）,）,熔,熔,池,池,中,中,。,。,注,流,流,卷,卷,入,入,空,空,气,气,有,有,四,四,种,种,方,方,式,式,：,：,注,注,流,流,为,为,光,光,滑,滑,的,的,层,层,流,流,；,；,注,注,流,流,处,处,于,于,层,层,流,流,与,与,紊,紊,流,流,的,的,过,过,渡,渡,区,区,；,；,注,注,流,流,表,表,面,面,为,为,高,高,度,度,的,的,紊,紊,流,流,；,；,注,注,流,流,分

8、,分,裂,裂,成,成,液,液,滴,滴,散,散,流,流,。,。,2.,钢,液,液,表,表,面,面,更,更,新,新,吸,吸,氧,氧,浇,注,注,过,过,程,程,中,中,中,中,间,间,包,包,、,、,结,结,晶,晶,器,器,钢,钢,液,液,表,表,面,面,不,不,断,断,更,更,新,新,吸,吸,O,2,比,静,静,止,止,液,液,面,面,要,要,严,严,重,重,得,得,多,多,。,。,注意：,钢液中,含,含有易,氧,氧化元,素,素如,Al,、,Ti,、,Si,、,Cr,，最倾,向,向于形,成,成表面,浮,浮渣或,氧,氧化渣,皮,皮，如,不,不捞出,或,或被保,护,护渣吸,收,收，易,卷,卷入凝,固

9、,固壳表,面,面形成,夹,夹渣缺,陷,陷，或,者,者嵌入,凝,凝固壳,形,形成“,热,热点渣,斑,斑”，,甚,甚至造,成,成出结,晶,晶器漏,钢,钢。,三,.,钢液与,耐,耐火材,料,料作用,1.,机械冲,蚀,蚀,高温钢,水,水使砖,衬,衬表面,和,和砖缝,发,发生软,化,化，软,化,化层被,钢,钢水冲,刷,刷而进,入,入钢水,中,中来不,及,及上浮,。,。这类,夹,夹杂物,组,组成和,原,原始耐,火,火材料,组,组成基,本,本相近,。,。,2.,化学作,用,用,溶解在,钢,钢中的,某,某些元,素,素与耐,火,火材料,中,中氧化,物,物发生,还,还原反,应,应生成,氧,氧化产,物,物，并,与,

10、与其它,夹,夹杂物,相,相结合,，,，形成,的,的复合,夹,夹杂物,与,与耐火,材,材料成,分,分相差,较,较大。,钢水与,包,包衬耐,火,火材料,之,之间反,应,应,含,Al,的钢水,与,与中间,包,包耐火,材,材料中,的,的,SiO,2,会发生,以,以下反,应,应：,4 Al,3,（,SiO,2,）,=3 Si,2,（,Al,2,O,3,）,生成的,Al,2,O,3,与卷入,钢,钢水中,的,的炉渣,质,质点结,合,合生成,CaO,Al,2,O,3,类夹杂,物,物残留,于,于钢中,，,，同时,钢,钢中,Al,含量有,所,所降低,，,，而,Si,含量有,所,所增加,。,。所以,钢,钢包、,中,

11、中间包,衬,衬不用,酸,酸性粘,土,土砖，,而,而用高,铝,铝质（,Al,2,O,3,大于,85,）材,料,料。连,铸,铸高质,量,量钢（,如,如深冲,用,用铝镇,静,静钢）,时,时，中,间,间包采,用,用镁质,绝,绝热板,，,，或砖,砌,砌包衬,表,表面用,镁,镁质涂,层,层，以,防,防止上,述,述反应,的,的发生,，,，提高,钢,钢水清,洁,洁度。,钢水与,水,水口耐,火,火材料,相,相互作,用,用,熔融石,英,英质水,口,口不能,浇,浇高锰,钢,钢的原,因,因是发,生,生了以,下,下反应,：,：,2Mn,（,SiO,2,）,2,（,MnO,）,Si,（,MnO,）（,SiO,2,）,Mn

12、O,SiO,2,四,.,钢液与,渣,渣相的,相,相互作,用,用,1.,转炉出,钢,钢时，,高,高碱度,高,高氧化,性,性的渣,子,子进入,钢,钢包，,使,使加入,的,的铁合,金,金回收,率,率不稳,定,定；悬,浮,浮在钢,水,水中的,渣,渣滴在,上,上浮过,程,程中会,与,与钢水,中,中的,Al,、,Si,、,Mn,等元素,发,发生化,学,学反应,，,，成为,铸,铸坯中,夹,夹杂物,来,来源之,一,一。,2.,钢包渣,中,中（,FeO,MnO,）含量,越,越高，,钢,钢水中,O,也就越,高,高。,因此转,炉,炉出钢,时,时应采,取,取挡渣,措,措施，,尽,尽量减,少,少下渣,，,，同时,也,也

13、要防,止,止钢包,渣,渣下到,中,中间包,，,，以免,影,影响中,间,间包钢,水,水质量,。,。,五,.,渣相与,耐,耐火材,料,料的相,互,互作用,残留在,钢,钢水中,的,的二次,氧,氧化产,物,物和卷,入,入的炉,渣,渣，与,耐,耐火材,料,料相接,触,触会产,生,生严重,的,的侵蚀,作,作用。,63,浇注过,程,程中钢,液,液二次,氧,氧化产,物,物的形,成,成,一,.,二次氧,化,化产物,形,形式模,式,式,1.,硅镇静,钢,钢,对脱,氧,氧情况,钢中溶,解,解,O,与,Al,结合生,成,成,Al,2,O,3,，当,Al,氧化完,了,了仍有,少,少量,O,与,Si,、,Mn,反应,，,

14、，直,到,到所,有,有的,溶,溶解,O,都结,合,合了,，,，结,果,果形,成,成一,个,个小,的,的夹,杂,杂物,。,。钢,中,中溶,解,解,O,限制,了,了反,应,应进,行,行的,程,程度,，,，一,旦,旦,O,没有,了,了反,应,应也,就,就停,止,止。,对二,次,次氧,化,化情,况,况,空气,中,中的,O,2,可源,源,源不,断,断供,给,给钢,液,液表,面,面，,O,与,Al,结合,的,的同,时,时，,也,也与,Si,、,Mn,反应,直,直到,这,这些,元,元素,消,消耗,殆,殆尽,为,为止,，,，因,而,而生,成,成夹,杂,杂物,粒,粒径,较,较大,。,。二,次,次反,应,应产,物

15、,物含,弱,弱脱,氧,氧元,素,素,Si,、,Mn,较多，强,脱,脱氧元素,Al,较少。,硅镇静钢,夹,夹杂物形,成,成示意图,：,：,2.,铝镇静钢,对脱氧,情,情况,当钢中,Al,0.01%,时，钢中,溶,溶解,O,很低，钢,中,中,O,全部与,Al,结合生成,Al,2,O,3,，而没有,O,与,Si,、,Mn,反应，故,夹,夹杂物全,部,部为,Al,2,O,3,。,对二次,氧,氧化情况,空气中大,量,量供,O,2,，首先是,钢,钢液表面,Al,大量氧化,生,生成,Al,2,O,3,，如钢流,暴,暴露在空,气,气中时间,短,短，且,Al,含量高，,钢,钢中,Al,不会全部,氧,氧化掉，,如

16、,如暴露时,间,间长了就,有,有,Si,、,Mn,同时氧化,。,。因此二,次,次氧化产,物,物是随,Si,、,Mn,氧化程度,而,而不同的,。,。开始生,成,成大块的,群,群状,Al,2,O,3,，然后生,成,成多相的,球,球形夹杂,或,或单相的,硅,硅酸盐夹,杂,杂。,二,.,钢中夹杂,物,物起源的,追,追踪,在连铸坯,中,中发现的,夹,夹杂物组,成,成复杂，,形,形状各异,，,，很难区,分,分夹杂物,属,属于哪一,种,种来源。,为区分铸,坯,坯中夹杂,物,物来源，,采,采用示踪法来追踪夹,杂,杂物起源,，,，可为改,进,进工艺指,明,明方向。,如转炉渣,加,加,BaCO,3,、中间包,渣,渣加,La,2,O,3,、结晶器,渣,渣加,Ce,2,O,、中间包,衬,衬加,ZrO,2,。如铸坯,夹,夹杂物中,发,发现有,BaO,、,La,2,O,3,，说明有,转,转炉渣和,中,中间包渣,下,下到结晶,器,器而卷入,铸,铸坯；铸,坯,坯夹杂物,中,中含有,Ce,2,O,和,ZrO,2,，说明有,包,包衬耐火,材,材料侵蚀,和,和保护渣,的,的卷入。,对弧形连,铸,铸机铸坯,夹,夹杂物示,踪,