含钛不锈钢的连铸水口结瘤和保护渣宝钢讲稿

1、1会计学含钛不锈钢的连铸水口结瘤和保护渣宝含钛不锈钢的连铸水口结瘤和保护渣宝钢讲稿钢讲稿2第1页/共21页3图图1 典型的典型的321不锈钢中板表面缺陷形貌不锈钢中板表面缺陷形貌 图图2 321不锈钢不锈钢板表面缺陷显微结构板表面缺陷显微结构第2页/共21页4 图图3 不锈钢最终产品的表面翻皮缺陷不锈钢最终产品的表面翻皮缺陷 图图4 316Ti连铸结晶连铸结晶器内器内TiN与保护渣与保护渣 反应产生的小反应产生的小颗粒夹杂物团簇颗粒夹杂物团簇 扫描电镜和能谱分析表明：扫描电镜和能谱分析表明： 扫描电镜和能扫描电镜和能谱分析表明：谱分析表明： 翻皮翻皮是由是由TiN、Ti3O5、MgOAl2O3

2、、 夹杂物团簇夹杂物团簇含含有有TiN、保护渣、凝固、保护渣、凝固 CaOTiO2等夹杂物粘附在铸坯表面，等夹杂物粘附在铸坯表面， 的金属小颗粒的金属小颗粒等。当被粘附在铸坯等。当被粘附在铸坯 经轧制后形成经轧制后形成 表面时，将造表面时，将造成最终产品的翻皮缺陷成最终产品的翻皮缺陷第3页/共21页5TiN的生成条件的生成条件图图9 15001650下下TiN在在321 图图10 1500下下TiN在在409 不锈钢中稳定存在的热力学曲线不锈钢中稳定存在的热力学曲线 不锈钢中稳定不锈钢中稳定存在的热力学曲线存在的热力学曲线第4页/共21页61% % TiNTi NTiNaKa afTi fN1

3、% % TiNTiNK ff表表3 18Cr-8Ni型不锈钢液中析出型不锈钢液中析出TiN夹夹杂物的条件杂物的条件试验温度试验温度/%Ti%N%Ti%N 10-3 15650.220.0245.2815780.250.0256.2516380.220.06514.316850.250.09022.5第5页/共21页7第6页/共21页8图图18 409浸入式水口结瘤物的扫描电镜照片浸入式水口结瘤物的扫描电镜照片 图图19 氧化钛氧化钛型结瘤物的电镜照片型结瘤物的电镜照片 O Ti Al Zr (wt) 29.24 66.92 1.97 1.87氧化钛结瘤物主要由钢中氧化钛氧化钛结瘤物主要由钢中氧

4、化钛夹杂物在浇铸夹杂物在浇铸过程中与凝固金属共同粘附在水过程中与凝固金属共同粘附在水口内壁形成口内壁形成第7页/共21页9010203040506070809000.10.20.30.40.50.6Ti%aOppm图图20 439喂喂Ti线后，钢中氧化钛夹杂物线后，钢中氧化钛夹杂物 图图21 实验室用实验室用定氧探头实测的不锈定氧探头实测的不锈 能谱分析能谱分析O=70.44wt%，Ti=29.56wt% 钢中钢中Ti含含量与氧活度的关系量与氧活度的关系第8页/共21页100.0000.0050.0100.0150.0200.0250.030-100000-80000-60000-40000-

5、200000200000.0000.0050.0100.0150.0200.0250.030-100000-80000-60000-40000-200000200000.0000.0050.0100.0150.0200.0250.030-100000-80000-60000-40000-20000020000(3)-1/2Ti+O=1/2TiO2(s)(3)(1)-Ti+O=TiO(s)rG(J/mol)%0(即aO)(1)(2)-2/3Ti+O=1/3Ti2O3(s) (2)图图 不同钛氧化物的不同钛氧化物的 与与%O的关系曲线的关系曲线 钛氧化物的稳定性由强到弱为：钛氧化物的稳定性由强到弱

6、为：Ti2O3 TiO2TiO。 因此，因此，1873K时，钢液中优先生成的钛氧时，钢液中优先生成的钛氧化物为化物为Ti2O3 。KrG1873钢液中钢液中TiO反应热力学反应热力学 第9页/共21页110.0000.0050.0100.0150.0200.0250.030-120000-100000-80000-60000-40000-2000000.0000.0050.0100.0150.0200.0250.030-120000-100000-80000-60000-40000-200000(1)-2/3Al+O=1/3Al2O3(s) (1)rG1873K(J/mol)%O(即aO)(2

7、)(2)-2/3Ti+O=1/3Ti2O3 (s)图图 Al2O3和和Ti2O3生成生成 的的 对比对比 Al2O3生成曲线低于生成曲线低于Ti2O3的生的生成曲线，成曲线， 所以在所以在1873K钢液中，钢液中， Al2O3优优先生成。先生成。KrG1873钢液中钢液中TiO，AlO反应热力学反应热力学 第10页/共21页12 024681012141601020304050602Al+Ti2O3(s)=2Ti+Al2O3(s)2Ti+Al2O3(s)=2Al+Ti2O3(s)aTiaAl0.000.010.020.030.040.00.51.01.52.02Al+Ti2O3(s)=2Ti+

8、Al2O3(s)%Ti%Al2Ti+Al2O3(s)=2Al+Ti2O3(s)钢液中钢液中TiAlO系的热力学系的热力学2Ti+Al2O3=Ti2O3+2Al G = G0 +2.303RTlg = 41161+35862.6 lg 1873 K， G = 0时（反应平衡），时（反应平衡）， =0.267 ， =3.745 。22TiAl22TiAlTiAlAlTi图图 TiAlO系平衡时系平衡时%Al和和%Ti之间的关系之间的关系及优势区及优势区图图 TiAlO系平衡时系平衡时和和 之间的关系及优势之间的关系及优势区区TiAl%TiAl=0.0202时，时，反应达平衡，曲线之上，钢液中生成反

9、应达平衡，曲线之上，钢液中生成Ti2O3; 曲线之下曲线之下，钢液中生成，钢液中生成Al2O3所以，当所以，当Al/Ti0.02时时, 例如例如 Ti=0.25%时，时，Al0.005%就可就可避免避免Ti氧化生成氧化生成Ti2O3， 第11页/共21页130.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014 0.016 0.018-80000-60000-40000-20000020000(2)(2)-(FeO)+2/3Ti=Fe+1/3Ti2O3(s)(1)-(FeO)+2/3Al=Fe+1/3Al2O3(s)rG(J/mol)FeO即（xFeO）

10、(1)0.00.51.01.52.0-80000-60000-40000-200000200000.00.51.01.52.0(2)-(FeO)+2/3Ti=Fe+1/3Ti2O3(s)FeO(2)(1)-(FeO)+2/3Al=Fe+1/3Al2O3(s)rG(J/mol)(1) 图图 1873K, (FeO)与与Al、Ti反应的反应的GG Al2O3生成曲线低于生成曲线低于Ti2O3的生成曲线，的生成曲线， 所以在所以在1873K， （FeO）优先与）优先与Al 反应。反应。渣中渣中FeO-Al， FeO-Ti反应的热力学反应的热力学第12页/共21页14渣中渣中FeO-Al-Ti反应的热

11、力学反应的热力学 图图 1873K,FeOFeO= =1时时, %Al、%Ti与（与（%FeO）反应的）反应的优势区对比优势区对比 当渣中（当渣中（FeO）=0.1%时，时，Ti0.025%才能避免才能避免Ti氧化生成氧化生成Ti2O3； 当当Ti=0.25%时，渣中（时，渣中（FeO）0.025%才能避免才能避免Ti氧化生成氧化生成Ti2O3；因此，必须先用因此，必须先用Al还原渣中（还原渣中（FeO）到尽可能低的含量（例如）到尽可能低的含量（例如0.1% ），以减少），以减少Ti的氧化的氧化0.00.10.20.30.40.000.050.100.150.200.250.300.350.0

12、0.10.20.30.40.00.10.20.30.4%Al或%Ti(1)-(FeO)+2/3Al=Fe+1/3Al2O3(s)(2)-(FeO)+2/3Ti=Fe+1/3Ti2O3(s)(3)-Fe+1/3Al2O3(s)=(FeO)+2/3Al(4)-Fe+1/3Ti2O3(s)=(FeO)+2/3Ti区区区（%FeO）区发生反应（1）和（2）区发生反应（1）和（4）区发生反应（3）和（4）第13页/共21页15图图1-6 1560时时Fe液、液、Fe-11%Cr液与液与Al2O3和和TiO2之间接触角的比较之间接触角的比较 TiO2与钢液之间浸润角与钢液之间浸润角 针对钛稳定化不锈钢连铸

13、水口结瘤物中金属含量多，使针对钛稳定化不锈钢连铸水口结瘤物中金属含量多，使用后的连铸水口内壁附着了一层用后的连铸水口内壁附着了一层TiO2的特点，韩国浦项和美的特点，韩国浦项和美国国Carnegie Mellon大学的研究表明：大学的研究表明： TiO2与钢液之间浸润角小于与钢液之间浸润角小于90，接触良好，所以，接触良好，所以TiO2结瘤物传热性能明显优于结瘤物传热性能明显优于Al2O3型结瘤物，型结瘤物， 在连铸过程中，由于在连铸过程中，由于TiOTiO2 2型结瘤物的导热性好，少量钢液型结瘤物的导热性好，少量钢液会因温度下降而凝固在上面会因温度下降而凝固在上面。第14页/共21页16Ca

14、O Al2O3 MgO SiO2 CaF2 Na2O TiO2CaO/SiO2 Al2O3/SiO2 钢包钢包渣渣54.5 20.0 7.0 15.0 3.03.631.33覆盖覆盖剂剂38.9 16.9 4.18 35.3 2-4 2-4 0.191.100.48南非南非Columbus钢厂冶炼含钛不锈钢的钢包渣和覆盖剂成份钢厂冶炼含钛不锈钢的钢包渣和覆盖剂成份 第15页/共21页17051015202530051015202530Actual TiOx, %Predicted TiOx, %Plant DataRegression data图图 钢渣中钢渣中TiO2溶解度的计算值与钢厂实溶

15、解度的计算值与钢厂实际值的对比际值的对比第16页/共21页18第17页/共21页19图图1 典型的典型的321不锈钢中板表面缺陷形貌不锈钢中板表面缺陷形貌 图图2 321不锈钢不锈钢板表面缺陷显微结构板表面缺陷显微结构第18页/共21页20图图1-6 1560时时Fe液、液、Fe-11%Cr液与液与Al2O3和和TiO2之间接触角的比较之间接触角的比较 TiO2与钢液之间浸润角与钢液之间浸润角 针对钛稳定化不锈钢连铸水口结瘤物中金属含量多，使针对钛稳定化不锈钢连铸水口结瘤物中金属含量多，使用后的连铸水口内壁附着了一层用后的连铸水口内壁附着了一层TiO2的特点，韩国浦项和美的特点，韩国浦项和美国国Carnegie Mellon大学的研究表明：大学的研究表明： TiO2与钢液之间浸润角小于与钢液之间浸润角小于90，接触良好，所以，接触良好，所以TiO2结瘤物传热性能明显优于结瘤物传热性能明显优于Al2O3型结瘤物，型结瘤物， 在连铸过程中，由于在连铸过程中，由于TiOTiO2 2型结瘤物的导热性好，少量钢液