含钛不锈钢的连铸水口结瘤和保护渣宝钢讲

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1、含钛不锈钢的连铸水口结瘤和结晶器保护渣陈伟庆北京科技大学冶金与生态工程学院2007年12月1内容1.含钛不锈钢中钛的作用和存在的问题2.含钛不锈钢的表面缺陷3.含钛不锈钢的连铸结晶器内的“结鱼”4.含钛不锈钢的连铸水口结瘤5.不锈钢连铸结晶器保护渣2（2）不锈钢中加入Ti带来的问题★含钛不锈钢连铸困难，经常出现水口结瘤，影响连铸生产；有时出现结晶器内“结鱼”，恶化连铸坯表面质量；★含钛不锈钢连铸坯表面质量差，非金属夹杂物严重，导致修磨量大，成材率低。★含钛不锈钢中的非金属夹杂物常常成为腐蚀源，使钢的耐蚀性，特别是耐点腐蚀性下降；使钢的抛光性能变差，难以达到最佳

2、抛光质量，且抛光成本高。这些问题的出现导致连铸坯表面质量恶化，进一步影响成品板材的表面质量。32、含钛不锈钢的表面缺陷★含钛不锈钢冶炼连铸过程生成的各种夹杂物，例如：TiN、TiO2，MgO·Al2O3、CaO·TiO2等富集在铸坯表面，轧钢时易造成板材表面缺陷。表面缺陷周围出现明显的锈蚀。★含钛不锈钢连铸过程如出现结瘤或结晶器“结鱼”，将会产生铸坯表面缺陷，进而造成最终产品的表面缺陷。图1典型的321不锈钢中板表面缺陷形貌图2321不锈钢板表面缺陷显微结构4图3不锈钢最终产品的表面翻皮缺陷图4316Ti连铸结晶器内TiN与保护渣反应产生的小颗粒夹杂物团簇扫描

3、电镜和能谱分析表明：扫描电镜和能谱分析表明：翻皮是由TiN、Ti3O5、MgO·Al2O3、夹杂物团簇含有TiN、保护渣、凝固CaO·TiO2等夹杂物粘附在铸坯表面，的金属小颗粒等。当被粘附在铸坯经轧制后形成表面时，将造成最终产品的翻皮缺陷5★TiN的生成条件[Ti]+[N]=TiN(S)lnK=37140/T–13.75◆321钢种：1500℃,[N]＞100ppm和[Ti]＞0.3%时,生成TiN◆409钢种:1500℃,[N]＞100ppm和[Ti]＞0.25%时,生成TiN图91500～1650℃下TiN在321图101500℃下TiN在409不锈钢中

4、稳定存在的热力学曲线不锈钢中稳定存在的热力学曲线6钛氮积[Ti]+[N]=TiN(S)△G°=-308799+114TJ/mol（1）平衡常数（2）由上式可得到：（3）表318Cr-8Ni型不锈钢液中析出TiN夹杂物的条件试验温度/℃[%Ti][%N][%Ti]·[%N]╳10-31565℃0.220.0245.281578℃0.250.0256.251638℃0.220.06514.31685℃0.250.09022.57★氮化钛结瘤的控制●控制钢中N含量在TiN钢液中稳定存在的热力学曲线之下；控制钢中Ti含量在TiN钢液中稳定存在的热力学曲线之下；控制[T

5、i%]·[N%]积小于形成TiN的临界值（小于3.5×10-3）。●AOD炉内控氮：全程吹氩，保持较高的脱碳速度，钢液还原后不再加合金调成份，●AOD炉出钢后控氮：出钢前钢包内充Ar，出钢过程中Ar气保护钢流；钢包内吹Ar搅拌时，避免裸露钢液面造成钢水吸N；保护浇铸，防止二次氧化，避免浇铸过程中钢液吸氮；控制较高的中间包钢水过热度，避免过多析出TiN；●提高钢水洁净度，减少MgO·Al2O3等夹杂物的生成，吹Ar弱搅拌加强夹杂物的排除。84.3含钛铁素体不锈钢连铸水口的氧化钛夹杂物结瘤★氧化钛结瘤物的物相分析图18409浸入式水口结瘤物的扫描电镜照片图19氧化

6、钛型结瘤物的电镜照片OTiAlZr(wt)29.2466.921.971.87氧化钛结瘤物主要由钢中氧化钛夹杂物在浇铸过程中与凝固金属共同粘附在水口内壁形成9★钢中氧化钛夹杂物的形成2/3[Ti]+[O]=1/3Ti2O32/3[Ti]+（FeO）=1/3Ti2O3+[Fe]图20439喂Ti线后，钢中氧化钛夹杂物图21实验室用定氧探头实测的不锈能谱分析O=70.44wt%，Ti=29.56wt%钢中Ti含量与氧活度的关系10图不同钛氧化物的与[%O]的关系曲线钛氧化物的稳定性由强到弱为：Ti2O3>TiO2>TiO。因此，1873K时，钢液中优先生成的钛氧化

7、物为Ti2O3。钢液中Ti—O反应热力学11图Al2O3和Ti2O3生成的对比Al2O3生成曲线低于Ti2O3的生成曲线，所以在1873K钢液中，Al2O3优先生成。钢液中Ti—O，Al—O反应热力学12钢液中Ti—Al—O系的热力学2[Ti]+Al2O3=Ti2O3+2[Al]ΔG=ΔG0+2.303RTlg=41161+35862.6lg1873K，ΔG=0时（反应平衡），=0.267，=3.745。图Ti—Al—O系平衡时[%Al]和[%Ti]之间的关系及优势区图Ti—Al—O系平衡时和之间的关系及优势区=0.0202时，反应达平衡，曲线之上，钢液中生成

8、Ti2O3;曲线之下，钢液中生成Al2