含鈦不銹鋼的連鑄水口結(jié)瘤和保護(hù)渣寶鋼講稿

含鈦不銹鋼的連鑄水口結(jié)瘤和保護(hù)渣寶鋼講稿第1頁(yè)/共19頁(yè)2

（2）不銹鋼中加入Ti帶來(lái)的問(wèn)題★含鈦不銹鋼連鑄困難，經(jīng)常出現(xiàn)水口結(jié)瘤，影響連鑄生產(chǎn)；有時(shí)出現(xiàn)結(jié)晶器內(nèi)“結(jié)魚(yú)”，惡化連鑄坯表面質(zhì)量；★含鈦不銹鋼連鑄坯表面質(zhì)量差，非金屬夾雜物嚴(yán)重，導(dǎo)致修磨量大，成材率低?！锖伈讳P鋼中的非金屬夾雜物常常成為腐蝕源，使鋼的耐蝕性，特別是耐點(diǎn)腐蝕性下降；使鋼的拋光性能變差，難以達(dá)到最佳拋光質(zhì)量，且拋光成本高。

這些問(wèn)題的出現(xiàn)導(dǎo)致連鑄坯表面質(zhì)量惡化，進(jìn)一步影響成品板材的表面質(zhì)量。第2頁(yè)/共19頁(yè)32、含鈦不銹鋼的表面缺陷★含鈦不銹鋼冶煉連鑄過(guò)程生成的各種夾雜物，例如：TiN、TiO2，MgO·Al2O3、CaO·TiO2等富集在鑄坯表面，軋鋼時(shí)易造成板材表面缺陷。表面缺陷周?chē)霈F(xiàn)明顯的銹蝕。★含鈦不銹鋼連鑄過(guò)程如出現(xiàn)結(jié)瘤或結(jié)晶器“結(jié)魚(yú)”，將會(huì)產(chǎn)生鑄坯表面缺陷，進(jìn)而造成最終產(chǎn)品的表面缺陷。圖1典型的321不銹鋼中板表面缺陷形貌圖2321不銹鋼板表面缺陷顯微結(jié)構(gòu)第3頁(yè)/共19頁(yè)4

圖3不銹鋼最終產(chǎn)品的表面翻皮缺陷圖4316Ti連鑄結(jié)晶器內(nèi)TiN與保護(hù)渣反應(yīng)產(chǎn)生的小顆粒夾雜物團(tuán)簇

掃描電鏡和能譜分析表明：掃描電鏡和能譜分析表明：翻皮是由TiN、Ti3O5、MgO·Al2O3、夾雜物團(tuán)簇含有TiN、保護(hù)渣、凝固

CaO·TiO2等夾雜物粘附在鑄坯表面，的金屬小顆粒等。當(dāng)被粘附在鑄坯經(jīng)軋制后形成表面時(shí)，將造成最終產(chǎn)品的翻皮缺陷第4頁(yè)/共19頁(yè)5★TiN的生成條件

[Ti]+[N]=TiN(S)

lnK=37140/T–13.75

◆321鋼種：1500℃,[N]＞100ppm和[Ti]＞0.3%時(shí),生成TiN

◆409鋼種:1500℃,[N]＞100ppm和[Ti]＞0.25%時(shí),生成TiN

圖91500～1650℃下TiN在321圖101500℃下TiN在409

不銹鋼中穩(wěn)定存在的熱力學(xué)曲線不銹鋼中穩(wěn)定存在的熱力學(xué)曲線第5頁(yè)/共19頁(yè)6鈦氮積

[Ti]+[N]=TiN(S)△G°=-308799+114TJ/mol（1）平衡常數(shù)（2）由上式可得到：（3）表318Cr-8Ni型不銹鋼液中析出TiN夾雜物的條件試驗(yàn)溫度/℃[%Ti][%N][%Ti]·[%N]╳10-3

1565℃0.220.0245.281578℃0.250.0256.251638℃0.220.06514.31685℃0.250.09022.5第6頁(yè)/共19頁(yè)7★氮化鈦結(jié)瘤的控制●控制鋼中N含量在TiN鋼液中穩(wěn)定存在的熱力學(xué)曲線之下；控制鋼中Ti含量在TiN鋼液中穩(wěn)定存在的熱力學(xué)曲線之下；控制[Ti%]·[N%]積小于形成TiN的臨界值（小于3.5×10-3

）?！馎OD爐內(nèi)控氮：全程吹氬，保持較高的脫碳速度，鋼液還原后不再加合金調(diào)成份，

●AOD爐出鋼后控氮：出鋼前鋼包內(nèi)充Ar，出鋼過(guò)程中Ar氣保護(hù)鋼流；鋼包內(nèi)吹A(chǔ)r攪拌時(shí)，避免裸露鋼液面造成鋼水吸N；保護(hù)澆鑄，防止二次氧化，避免澆鑄過(guò)程中鋼液吸氮；控制較高的中間包鋼水過(guò)熱度，避免過(guò)多析出TiN；●提高鋼水潔凈度，減少M(fèi)gO·Al2O3等夾雜物的生成，吹A(chǔ)r弱攪拌加強(qiáng)夾雜物的排除。第7頁(yè)/共19頁(yè)84.3含鈦鐵素體不銹鋼連鑄水口的氧化鈦夾雜物結(jié)瘤

★氧化鈦結(jié)瘤物的物相分析圖18409浸入式水口結(jié)瘤物的掃描電鏡照片圖19氧化鈦型結(jié)瘤物的電鏡照片OTiAlZr(wt)29.2466.921.971.87氧化鈦結(jié)瘤物主要由鋼中氧化鈦夾雜物在澆鑄過(guò)程中與凝固金屬共同粘附在水口內(nèi)壁形成第8頁(yè)/共19頁(yè)9★鋼中氧化鈦夾雜物的形成

2/3[Ti]+[O]=1/3Ti2O32/3[Ti]+（FeO）=1/3Ti2O3+[Fe]

圖20439喂Ti線后，鋼中氧化鈦夾雜物圖21實(shí)驗(yàn)室用定氧探頭實(shí)測(cè)的不銹能譜分析O=70.44wt%，Ti=29.56wt%鋼中Ti含量與氧活度的關(guān)系第9頁(yè)/共19頁(yè)10圖不同鈦氧化物的與[%O]的關(guān)系曲線

鈦氧化物的穩(wěn)定性由強(qiáng)到弱為：Ti2O3>TiO2>TiO。因此，1873K時(shí)，鋼液中優(yōu)先生成的鈦氧化物為T(mén)i2O3

。鋼液中Ti—O反應(yīng)熱力學(xué)

第10頁(yè)/共19頁(yè)11圖Al2O3和Ti2O3生成的對(duì)比

Al2O3生成曲線低于Ti2O3的生成曲線，所以在1873K鋼液中，Al2O3優(yōu)先生成。鋼液中Ti—O，Al—O反應(yīng)熱力學(xué)

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鋼液中Ti—Al—O系的熱力學(xué)2[Ti]+Al2O3=Ti2O3+2[Al]ΔG

=ΔG0+2.303RTlg=41161+35862.6lg1873K，ΔG=0時(shí)（反應(yīng)平衡），=0.267，=3.745。圖Ti—Al—O系平衡時(shí)[%Al]和[%Ti]之間的關(guān)系及優(yōu)勢(shì)區(qū)圖Ti—Al—O系平衡時(shí)和之間的關(guān)系及優(yōu)勢(shì)區(qū)=0.0202時(shí)，反應(yīng)達(dá)平衡，曲線之上，鋼液中生成Ti2O3;曲線之下，鋼液中生成Al2O3所以，當(dāng)[Al]/[Ti]>0.02時(shí),例如[Ti]=0.25%時(shí)，[Al]＞0.005%就可避免[Ti]氧化生成Ti2O3，

第12頁(yè)/共19頁(yè)13

圖1873K,(FeO)與[Al]、[Ti]反應(yīng)的ΔGAl2O3生成曲線低于Ti2O3的生成曲線，所以在1873K，（FeO）優(yōu)先與[Al]反應(yīng)。渣中FeO-[Al]，F(xiàn)eO-[Ti]反應(yīng)的熱力學(xué)第13頁(yè)/共19頁(yè)14渣中FeO-[Al]-[Ti]反應(yīng)的熱力學(xué)

圖1873K,γFeO=1時(shí),[%Al]、[%Ti]與（%FeO）反應(yīng)的優(yōu)勢(shì)區(qū)對(duì)比

當(dāng)渣中（FeO）=0.1%時(shí)，[Ti]<0.025%才能避免[Ti]氧化生成Ti2O3；當(dāng)[Ti]=0.25%時(shí)，渣中（FeO）<0.025%才能避免[Ti]氧化生成Ti2O3；因此，必須先用Al還原渣中（FeO）到盡可能低的含量（例如<0.1%），以減少[Ti]的氧化第14頁(yè)/共19頁(yè)15圖1-61560℃時(shí)Fe液、Fe-11%Cr液與Al2O3和TiO2之間接觸角的比較★

TiO2與鋼液之間浸潤(rùn)角

針對(duì)鈦穩(wěn)定化不銹鋼連鑄水口結(jié)瘤物中金屬含量多，使用后的連鑄水口內(nèi)壁附著了一層TiO2的特點(diǎn)，韓國(guó)浦項(xiàng)和美國(guó)CarnegieMellon大學(xué)的研究表明：

TiO2與鋼液之間浸潤(rùn)角小于90°，接觸良好，所以TiO2結(jié)瘤物傳熱性能明顯優(yōu)于Al2O3型結(jié)瘤物，

在連鑄過(guò)程中，由于TiO2型結(jié)瘤物的導(dǎo)熱性好，少量鋼液會(huì)因溫度下降而凝固在上面。第15頁(yè)/共19頁(yè)16★鋼包渣和中間包覆蓋劑中TiO2的溶解度

?鋼包渣和中包覆蓋劑的成份直接影響鋼中TiO2夾雜物的數(shù)量。

?南非Columbus鋼廠認(rèn)為，提高鋼包渣Al2O3/SiO2

、

CaF2/SiO2的比值，能顯著增加TiO2在鋼包渣中的溶解度（TiO2的飽和值可達(dá)15%）。

?Al2O3含量較高的鋼包渣粘度小、流動(dòng)性好，有利于吸收鋼中含TiO2的夾雜物。CaOAl2O3MgOSiO2CaF2Na2OTiO2CaO/SiO2

Al2O3/SiO2鋼包渣54.520.07.015.03.03.631.33覆蓋劑38.916.94.1835.32-42-40.191.100.48南非Columbus鋼廠冶煉含鈦不銹鋼的鋼包渣和覆蓋劑成份

第16頁(yè)/共19頁(yè)17渣中TiO2溶解度的回歸方程式：%TiO2=96.3986+0.000893072T-0.975043Al2O3-0.977428CaF2

-0.984722SiO2-0.97402CaO-0.95242MgO

式中：T-℃，1400-1600℃

適用爐渣成份：CaO=30-60%,MgO=0-16%,Al2O3=10-52%,SiO2=0-40%,CaF2=0-14%,TiO2<30%圖鋼渣中TiO2溶解度的計(jì)算值與鋼廠實(shí)際值的對(duì)比第17頁(yè)/共19頁(yè)18★控制TiO2結(jié)瘤的措施如[Ti]=0.25%時(shí)，控制鋼中[Al]