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1、,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,*,第六章連鑄保護澆注,61,鋼水二次氧化與鋼的清潔度,一,.,鋼清潔度及鑄坯中夾雜物的特征,1.,鋼的清潔度：,指鋼中非金屬夾雜物的數(shù)量、尺寸、分布和形態(tài)。,2.,連鑄坯夾雜物按來源分類：,A.,內(nèi)生夾雜物,在液體或固體鋼內(nèi)，由于脫氧和凝固時進行的各種物理化學(xué)反應(yīng)而形成的夾雜物。重要是和鋼中氧、硫、氮的反應(yīng)產(chǎn)物。,特征：分布均勻；顆粒細(xì)小。,B.,外來夾雜物,從煉鋼到澆注的全過程中，鋼液與空氣、耐火材料、爐渣相互作用的產(chǎn)

2、物以及耐火材料、熔渣等在冶煉、出鋼、澆注過程中進入鋼中并滯留在鋼中造成的夾雜物。,特征：組成復(fù)雜、外形不規(guī)則；尺寸比較大；偶然地在這里或那里出現(xiàn)。,連鑄坯中外來夾雜物主要來源：,A.,二次氧化產(chǎn)物,澆注過程中鋼包和中間包的鋼水注流，結(jié)晶器液面裸露與大氣接觸作用的生成物，也是鋼中氧的來源。,二次氧化生成夾雜物特征：,a.,組成復(fù)雜，一般是多種氧化物組成的復(fù)合相；,b.,顆粒尺寸大，一般大于,50m,。,c.,形狀不規(guī)則，有球形、多角形等；,d.,在鋼中呈偶然性分布；,e.,平衡氧差異，二次氧化是鋼中溶解元素與空氣中,O,2,之間的平衡，空氣中,O,2,可源源不斷供給鋼液進行氧化反應(yīng)生成二次氧化產(chǎn)

3、物。,提高連鑄坯潔凈度的關(guān)鍵是防止鋼水在澆注過程中的二次氧化。,B.,卷渣,包括漩渦卷渣和鋼流沖擊卷渣。,C.,耐火材料的熔損物,高溫下鋼包和中間包內(nèi)襯、水口、塞棒等耐火材料與告訴作用被熔損、沖刷而進入鋼中。,3.,連鑄坯夾雜物的特征,A.,夾雜物來源廣泛。,B.,夾雜物去除困難。,C.,夾雜物對鋼的危害大。,D.,由于連鑄工藝工序多，澆注時間長，熱損失多，所以要求鋼水溫度相應(yīng)高一些，這樣與大氣、耐火材料作用的能力增強了，更容易生成夾雜物。,二,.,夾雜物對鋼的性能的影響,（考慮夾雜物的數(shù)量、顆粒大小、形態(tài)及分布。）,1.,夾雜物和裂紋的形成及應(yīng)力集中,夾雜物與裂紋的形成,裂紋的生成與夾雜物有

4、密切關(guān)系。這是由于比較容易變形的金屬在難以變形的夾雜物周圍塑性流動時，產(chǎn)生很大的張力而使金屬和夾雜物界面的聯(lián)結(jié)斷裂，形成空隙。顯然這種空隙容易發(fā)生在和金屬基體聯(lián)結(jié)能力弱的夾雜物處。另外一種情況則是由于夾雜物周圍的應(yīng)力而使夾雜物破碎生成空隙。,夾雜物與應(yīng)力集中,如果材料中有非金屬夾雜物，則應(yīng)力分布不再均勻，出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，即在與夾雜物端部相毗鄰的金屬基體處應(yīng)力急劇升高。,2.,夾雜物對鋼的塑性和韌性的影響,夾雜物與塑性,第二類硫化物夾雜對鋼的塑性影響最壞。,夾雜物與韌性,夾雜物對鋼材韌性的影響，是通過它對韌性斷裂過程的影響而起作用的。,3.,夾雜物對鋼的疲勞性能的影響,取決于夾雜物的類型、大小

5、、數(shù)量和分布。,4.,夾雜物對鋼的加工性能的影響,硫化物夾雜使鋼的熱加工性能變壞。鋼中長條狀夾雜物使鋼的冷彎性能出現(xiàn)各向異性。,62,澆注過程中二次氧化源,澆注過程二次氧化源是：,A.,注流與空氣接觸直接吸氧；,B.,中間包、結(jié)晶器鋼液面與空氣相互作用；,C.,鋼水與耐火材料、保護渣相互作用；,D.,卷入的渣滴與鋼水相互作用。,連鑄過程二次氧化源：,1,鋼空氣；,2,渣鋼；,3,包襯鋼；,4,卷入氣泡和爐渣質(zhì)點；,5,耐火材料鋼；,6,保護渣鋼,一,.,注流與空氣相互作用,若鋼包注流為光滑的圓柱體，長度為,l,、直徑為,d,，則注流比表面積為：,F,SG=dl(d24)l,4d,可見：,1.,

6、注流比表面積與水口直徑成反比。比表面積越大，空氣二次氧化越嚴(yán)重。,（中間包注流比鋼包注流二次氧化嚴(yán)重。）,2.,注流比表面積還與注流形態(tài)有關(guān)。,光滑致密注流有最小表面積，吸氧少（,0.7ppm,）。,粗糙注流和散流吸氧大大增加（,20,40ppm,）。,注流形態(tài)還與水口凝鋼、結(jié)瘤有關(guān)。,二,.,鋼,液,液,與,與,空,空,氣,氣,相,相,互,互,作,作,用,用,1.,注,流,流,卷,卷,入,入,空,空,氣,氣,從,鋼,鋼,包,包,（,（,或,或,中,中,間,間,包,包,）,）,水,水,口,口,流,流,出,出,的,的,高,高,速,速,注,注,流,流,，,，,在,在,周,周,圍,圍,形,形,成,成

7、,了,了,一,一,個,個,負(fù),負(fù),壓,壓,區(qū),區(qū),，,，,把,把,大,大,量,量,空,空,氣,氣,卷,卷,入,入,中,中,間,間,包,包,（,（,或,或,結(jié),結(jié),晶,晶,器,器,）,）,熔,熔,池,池,中,中,。,。,注,流,流,卷,卷,入,入,空,空,氣,氣,有,有,四,四,種,種,方,方,式,式,：,：,注,注,流,流,為,為,光,光,滑,滑,的,的,層,層,流,流,；,；,注,注,流,流,處,處,于,于,層,層,流,流,與,與,紊,紊,流,流,的,的,過,過,渡,渡,區(qū),區(qū),；,；,注,注,流,流,表,表,面,面,為,為,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.,鋼,液,液,表,表,面,面,更,更,新,新,吸,吸,氧,氧,澆,注,注,過,過,程,程,中,中,中,中,間,間,包,包,、,、,結(jié),結(jié),晶,晶,器,器,鋼,鋼,液,液,表,表,面,面,不,不,斷,斷,更,更,新,新,吸,吸,O,2,比,靜,靜,止,止,液,液,面,面,要,要,嚴(yán),嚴(yán),重,重,得,得,多,多,。,。,注意：,鋼液中,含,含有易,氧,氧化元,素,素如,Al,、,Ti,、,Si,、,Cr,，最傾,向,向于形,成,成表面,浮,浮渣或,氧,氧化渣,皮,皮，如,不,不撈出,或,或被保,護,護渣吸,收,收，易,卷,卷入凝,固

9、,固殼表,面,面形成,夾,夾渣缺,陷,陷，或,者,者嵌入,凝,凝固殼,形,形成“,熱,熱點渣,斑,斑”，,甚,甚至造,成,成出結(jié),晶,晶器漏,鋼,鋼。,三,.,鋼液與,耐,耐火材,料,料作用,1.,機械沖,蝕,蝕,高溫鋼,水,水使磚,襯,襯表面,和,和磚縫,發(fā),發(fā)生軟,化,化，軟,化,化層被,鋼,鋼水沖,刷,刷而進,入,入鋼水,中,中來不,及,及上浮,。,。這類,夾,夾雜物,組,組成和,原,原始耐,火,火材料,組,組成基,本,本相近,。,。,2.,化學(xué)作,用,用,溶解在,鋼,鋼中的,某,某些元,素,素與耐,火,火材料,中,中氧化,物,物發(fā)生,還,還原反,應(yīng),應(yīng)生成,氧,氧化產(chǎn),物,物，并,與,

10、與其它,夾,夾雜物,相,相結(jié)合,，,，形成,的,的復(fù)合,夾,夾雜物,與,與耐火,材,材料成,分,分相差,較,較大。,鋼水與,包,包襯耐,火,火材料,之,之間反,應(yīng),應(yīng),含,Al,的鋼水,與,與中間,包,包耐火,材,材料中,的,的,SiO,2,會發(fā)生,以,以下反,應(yīng),應(yīng)：,4 Al,3,（,SiO,2,）,=3 Si,2,（,Al,2,O,3,）,生成的,Al,2,O,3,與卷入,鋼,鋼水中,的,的爐渣,質(zhì),質(zhì)點結(jié),合,合生成,CaO,Al,2,O,3,類夾雜,物,物殘留,于,于鋼中,，,，同時,鋼,鋼中,Al,含量有,所,所降低,，,，而,Si,含量有,所,所增加,。,。所以,鋼,鋼包、,中,

11、中間包,襯,襯不用,酸,酸性粘,土,土磚，,而,而用高,鋁,鋁質(zhì)（,Al,2,O,3,大于,85,）材,料,料。連,鑄,鑄高質(zhì),量,量鋼（,如,如深沖,用,用鋁鎮(zhèn),靜,靜鋼）,時,時，中,間,間包采,用,用鎂質(zhì),絕,絕熱板,，,，或磚,砌,砌包襯,表,表面用,鎂,鎂質(zhì)涂,層,層，以,防,防止上,述,述反應(yīng),的,的發(fā)生,，,，提高,鋼,鋼水清,潔,潔度。,鋼水與,水,水口耐,火,火材料,相,相互作,用,用,熔融石,英,英質(zhì)水,口,口不能,澆,澆高錳,鋼,鋼的原,因,因是發(fā),生,生了以,下,下反應(yīng),：,：,2Mn,（,SiO,2,）,2,（,MnO,）,Si,（,MnO,）（,SiO,2,）,Mn

12、O,SiO,2,四,.,鋼液與,渣,渣相的,相,相互作,用,用,1.,轉(zhuǎn)爐出,鋼,鋼時，,高,高堿度,高,高氧化,性,性的渣,子,子進入,鋼,鋼包，,使,使加入,的,的鐵合,金,金回收,率,率不穩(wěn),定,定；懸,浮,浮在鋼,水,水中的,渣,渣滴在,上,上浮過,程,程中會,與,與鋼水,中,中的,Al,、,Si,、,Mn,等元素,發(fā),發(fā)生化,學(xué),學(xué)反應(yīng),，,，成為,鑄,鑄坯中,夾,夾雜物,來,來源之,一,一。,2.,鋼包渣,中,中（,FeO,MnO,）含量,越,越高，,鋼,鋼水中,O,也就越,高,高。,因此轉(zhuǎn),爐,爐出鋼,時,時應(yīng)采,取,取擋渣,措,措施，,盡,盡量減,少,少下渣,，,，同時,也,也

13、要防,止,止鋼包,渣,渣下到,中,中間包,，,，以免,影,影響中,間,間包鋼,水,水質(zhì)量,。,。,五,.,渣相與,耐,耐火材,料,料的相,互,互作用,殘留在,鋼,鋼水中,的,的二次,氧,氧化產(chǎn),物,物和卷,入,入的爐,渣,渣，與,耐,耐火材,料,料相接,觸,觸會產(chǎn),生,生嚴(yán)重,的,的侵蝕,作,作用。,63,澆注過,程,程中鋼,液,液二次,氧,氧化產(chǎn),物,物的形,成,成,一,.,二次氧,化,化產(chǎn)物,形,形式模,式,式,1.,硅鎮(zhèn)靜,鋼,鋼,對脫,氧,氧情況,鋼中溶,解,解,O,與,Al,結(jié)合生,成,成,Al,2,O,3,，當(dāng),Al,氧化完,了,了仍有,少,少量,O,與,Si,、,Mn,反應(yīng),，,

14、，直,到,到所,有,有的,溶,溶解,O,都結(jié),合,合了,，,，結(jié),果,果形,成,成一,個,個小,的,的夾,雜,雜物,。,。鋼,中,中溶,解,解,O,限制,了,了反,應(yīng),應(yīng)進,行,行的,程,程度,，,，一,旦,旦,O,沒有,了,了反,應(yīng),應(yīng)也,就,就停,止,止。,對二,次,次氧,化,化情,況,況,空氣,中,中的,O,2,可源,源,源不,斷,斷供,給,給鋼,液,液表,面,面，,O,與,Al,結(jié)合,的,的同,時,時，,也,也與,Si,、,Mn,反應(yīng),直,直到,這,這些,元,元素,消,消耗,殆,殆盡,為,為止,，,，因,而,而生,成,成夾,雜,雜物,粒,粒徑,較,較大,。,。二,次,次反,應(yīng),應(yīng)產(chǎn),物

15、,物含,弱,弱脫,氧,氧元,素,素,Si,、,Mn,較多，強,脫,脫氧元素,Al,較少。,硅鎮(zhèn)靜鋼,夾,夾雜物形,成,成示意圖,：,：,2.,鋁鎮(zhèn)靜鋼,對脫氧,情,情況,當(dāng)鋼中,Al,0.01%,時，鋼中,溶,溶解,O,很低，鋼,中,中,O,全部與,Al,結(jié)合生成,Al,2,O,3,，而沒有,O,與,Si,、,Mn,反應(yīng)，故,夾,夾雜物全,部,部為,Al,2,O,3,。,對二次,氧,氧化情況,空氣中大,量,量供,O,2,，首先是,鋼,鋼液表面,Al,大量氧化,生,生成,Al,2,O,3,，如鋼流,暴,暴露在空,氣,氣中時間,短,短，且,Al,含量高，,鋼,鋼中,Al,不會全部,氧,氧化掉，,如

16、,如暴露時,間,間長了就,有,有,Si,、,Mn,同時氧化,。,。因此二,次,次氧化產(chǎn),物,物是隨,Si,、,Mn,氧化程度,而,而不同的,。,。開始生,成,成大塊的,群,群狀,Al,2,O,3,，然后生,成,成多相的,球,球形夾雜,或,或單相的,硅,硅酸鹽夾,雜,雜。,二,.,鋼中夾雜,物,物起源的,追,追蹤,在連鑄坯,中,中發(fā)現(xiàn)的,夾,夾雜物組,成,成復(fù)雜，,形,形狀各異,，,，很難區(qū),分,分夾雜物,屬,屬于哪一,種,種來源。,為區(qū)分鑄,坯,坯中夾雜,物,物來源，,采,采用示蹤法來追蹤夾,雜,雜物起源,，,，可為改,進,進工藝指,明,明方向。,如轉(zhuǎn)爐渣,加,加,BaCO,3,、中間包,渣,渣加,La,2,O,3,、結(jié)晶器,渣,渣加,Ce,2,O,、中間包,襯,襯加,ZrO,2,。如鑄坯,夾,夾雜物中,發(fā),發(fā)現(xiàn)有,BaO,、,La,2,O,3,，說明有,轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)爐渣和,中,中間包渣,下,下到結(jié)晶,器,器而卷入,鑄,鑄坯；鑄,坯,坯夾雜物,中,中含有,Ce,2,O,和,ZrO,2,，說明有,包,包襯耐火,材,材料侵蝕,和,和保護渣,的,的卷入。,對弧形連,鑄,鑄機鑄坯,夾,夾雜物示,蹤,