浇注过程钢水二次氧化

浇注过程钢水二次氧化

作者：蔡开科 发布日期：2010-6-21 [ 收藏 评论 没有找到想要的知识 ]

前言

当转炉吹炼到终点时，钢水中溶解了过多氧称为溶解氧[O]溶（或a [O]）。 出钢时钢水脱氧合金化的目的：

(1) 把钢水中[O]溶脱掉，转变为脱氧夹杂物——夹杂物工程； (2) 合金化达到规定的钢种成分(C 、Si 、Mn 、Als)。

经过脱氧和炉外精炼操作（吹Ar 、LF 、VD 、RH ），脱氧所生成夹杂物(Al 2O 3、MnO·SiO 2、CaO·SiO 2·Al 2O 3、CaO·Al 2O 3)。85%上浮到钢包顶渣，夹杂物尺寸绝大部分<30μm ，钢水中T[O]可以达到<30ppm ，甚至小于10ppm ，也就是说钢水很“干净”了。因此，可以用钢的总氧量T[O]来表征钢的洁净度，也就是钢中夹杂物水平。故T[O]可表示为： T[O]=[O]溶+[O]夹 因此要降低T[O]，则：

(1) 降低[O]溶：降低转炉吹炼终点氧，这是产生夹杂物的源头； (2) 降低[O]夹：也就是减少钢中夹杂物：

l 降低脱氧产物：控制脱氧和精炼操作促进原生的脱氧产物上浮； l 减少新的夹杂物生成：也就是减少钢水在连铸过程中钢水二次氧化。 如何保持铸坯中T[O]与炉外精炼后钢水中T[O]处在一个水平呢？否则炉外精炼的效果就前功尽弃了。在连铸过程中的任务是： l 防止钢水再污染(二次氧化)；

l 设法进一步排除夹杂物(中间包冶金、结晶器冶金等)。 下面主要讲一下钢水二次氧化问题。

1 二次氧化定义

炼钢上有两个术语：

l 氧化：在一定温度下氧溶解在钢液中的能力([O]

溶

)。当加入脱氧元

素，[O]

溶

与脱氧元素生成夹杂物沉淀出来，而脱氧元素与[O]建立新的平衡。

l 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、耐火材料中的氧化物发生化学反应，生成新的氧化物相而污染钢水。从来源上说，如图1所示，钢中夹杂物可分为三类：

(1) 没有上浮的脱氧产物。如Al-K钢，为Al

2O

3

、Al

2

O

3

·MgO，Si-K钢为

MnO·SiO

2，钙处理钢CaO·Al

2

O

3

、CaO-Al

2

O

3

-X，钛处理钢为Al

2

O

3

、TiO

2

、TiN。

(2) 浇注过程中生成的二次氧化产物。夹杂物中含弱脱氧元素(Mn、Si)较多，

Al

2O

3

较少。

(3) 凝固过程中形成夹杂物。由于元素的偏析作用，凝固过程中在凝固前沿会形成硫化物或氧化物，夹杂物细小分布在树枝晶间。

图1 钢中夹杂物的分类

脱氧产物与二次氧化产物特征比较见表1。

表1 脱氧产物与二次氧化产物特征比较

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大颗粒夹杂物而努力。

2 浇注过程中二次氧化源

图2表示浇注过程钢水二次氧化源。

图2 连铸过程的二次氧化源

2.1 钢水/空气的二次氧化

2.1.1 钢水/空气二次氧化类型

A. 注流与空气接触吸O

2

注流比表面积F与水口直径成反比，。小方坯水口直径小(Φ15 -18mm )，F大，故二次氧化严重。如果水口烧氧、散流，F就更大了，二次氧化加剧。B. 注流卷入空气吸氧

从钢包水口流出到中间包路程中注流卷入空气有四种机理(见图3)：

l 光滑层注流(层流)；

l 脉动注流(层流→紊流过渡区)，表面锯齿状；

l 紊流注流(注流表面粗糙)；

l 注流变为液滴(吸氧速率比光滑注流大60倍)。

图3 空气卷入机构图解

注流卷入到中间包的空气被分散成2~ 3mm 气泡，随钢液产生紊流运动。吸氧比注流接触吸氧大100倍以上。注流卷入的空气量是与水口直径、流速、注流紊流程度和下落高度等有关的。

C. 钢水裸露吸氧

中间包、结晶器钢水表面不断更新与空气接触吸氧。如中包表面积1× 5m2 ，熔池深度 0.7m ，由注流冲击引起中包液面裸露1.15s就更新一次，则一分钟内更新52次，裸露于空气中钢水表面积为 260m2 ，可见由液面更新造成的二次氧化是非常严重的。为防止吸氧必须有渣子覆盖钢液面。

2.1.2 二次氧化模式

钢水从空气中吸氧后形成二次氧化产物，二次氧化产物形成模式：

(1) 硅镇静钢(Si-K)Als<0.01%：

图4 硅镇静钢夹杂物形成示意图

如表4所示，脱氧：加入Si、Mn、Al把[O]降到很低，生成夹杂物，钢水中[O]限制了反应。

二次氧化：空气中O2源源不断供给钢水，[O]与Al反应同时，也与Si、Mn反应直到这些元素消耗完为止，生成夹杂物较大且含弱脱氧元素较多。如夹杂物中SiO2+MnO>60%，可以判断为二次氧化产物。

冶炼Q345钢种时[Si]＝0.25-0.35%，[Mn]＝1.3-1.5%，[Als]＝0.035%，中间包

钢水中夹杂物Al

2O

3

-SiO

2

-MnO球形夹杂物占夹杂物总数35%以上，夹杂物中

SiO

2

+MnO≥80%，说明是二次氧化所致（见图5）。