连铸坯中气泡产生原因分析及判断方法

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1、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，

2、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2.1.1CO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150

3、0℃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=-22186-38.386T(J/m01)　(1)　则：lnK=ln{(Pco/Po)/(a[c

4、]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

5、铝时：　　　　2[Al]+3[0]=A12O3(s)　△rGo=-1202070+386.28T(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=l773K　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

6、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AlCCaCuHMgMnNOSSiQ235B0.0100.14痕量0.050.0002痕量

7、0.300.0350.00500.0200.20Q345B0.0150.16痕量0.050.0002痕量0.300.0400.00400.0100.30450.0100.46痕量0.050.0002痕量0.300.0400.00400.0100.30SL-050.0020.06痕量0.0520.0002痕量0.300.0400.02000.0100.05　　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]由[A1]控制，不会发生碳氧反应；而第4个钢号SL—05，铝元素含量低于0.003％，钢中的[0]由

8、[C]控制，发生碳氧反应。　以上的计算方式，是假设有关元素的活度系数为1，更精确的活度系数，可利用钢液中相关元素的活度相互作用系数eij及各钢种的化学成分进行计算：　lgfc=∑ecjw[j]　　　　　　　(8)　lgf