1、1會計學(xué)含鈦不銹鋼的連鑄水口結(jié)瘤和保護渣寶含鈦不銹鋼的連鑄水口結(jié)瘤和保護渣寶鋼講稿鋼講稿2第1頁/共21頁3圖圖1 典型的典型的321不銹鋼中板表面缺陷形貌不銹鋼中板表面缺陷形貌 圖圖2 321不銹鋼不銹鋼板表面缺陷顯微結(jié)構(gòu)板表面缺陷顯微結(jié)構(gòu)第2頁/共21頁4 圖圖3 不銹鋼最終產(chǎn)品的表面翻皮缺陷不銹鋼最終產(chǎn)品的表面翻皮缺陷 圖圖4 316Ti連鑄結(jié)晶連鑄結(jié)晶器內(nèi)器內(nèi)TiN與保護渣與保護渣 反應(yīng)產(chǎn)生的小反應(yīng)產(chǎn)生的小顆粒夾雜物團簇顆粒夾雜物團簇 掃描電鏡和能譜分析表明：掃描電鏡和能譜分析表明： 掃描電鏡和能掃描電鏡和能譜分析表明：譜分析表明： 翻皮翻皮是由是由TiN、Ti3O5、MgOAl2O3

2、、 夾雜物團簇夾雜物團簇含含有有TiN、保護渣、凝固、保護渣、凝固 CaOTiO2等夾雜物粘附在鑄坯表面，等夾雜物粘附在鑄坯表面， 的金屬小顆粒的金屬小顆粒等。當(dāng)被粘附在鑄坯等。當(dāng)被粘附在鑄坯 經(jīng)軋制后形成經(jīng)軋制后形成 表面時，將造表面時，將造成最終產(chǎn)品的翻皮缺陷成最終產(chǎn)品的翻皮缺陷第3頁/共21頁5TiN的生成條件的生成條件圖圖9 15001650下下TiN在在321 圖圖10 1500下下TiN在在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 不銹鋼中穩(wěn)定不銹鋼中穩(wěn)定存在的熱力學(xué)曲線存在的熱力學(xué)曲線第4頁/共21頁61% % TiNTi NTiNaKa afTi fN1

3、% % TiNTiNK ff表表3 18Cr-8Ni型不銹鋼液中析出型不銹鋼液中析出TiN夾夾雜物的條件雜物的條件試驗溫度試驗溫度/%Ti%N%Ti%N 10-3 15650.220.0245.2815780.250.0256.2516380.220.06514.316850.250.09022.5第5頁/共21頁7第6頁/共21頁8圖圖18 409浸入式水口結(jié)瘤物的掃描電鏡照片浸入式水口結(jié)瘤物的掃描電鏡照片 圖圖19 氧化鈦氧化鈦型結(jié)瘤物的電鏡照片型結(jié)瘤物的電鏡照片 O Ti Al Zr (wt) 29.24 66.92 1.97 1.87氧化鈦結(jié)瘤物主要由鋼中氧化鈦氧化鈦結(jié)瘤物主要由鋼中氧

4、化鈦夾雜物在澆鑄夾雜物在澆鑄過程中與凝固金屬共同粘附在水過程中與凝固金屬共同粘附在水口內(nèi)壁形成口內(nèi)壁形成第7頁/共21頁9010203040506070809000.10.20.30.40.50.6Ti%aOppm圖圖20 439喂喂Ti線后，鋼中氧化鈦夾雜物線后，鋼中氧化鈦夾雜物 圖圖21 實驗室用實驗室用定氧探頭實測的不銹定氧探頭實測的不銹 能譜分析能譜分析O=70.44wt%，Ti=29.56wt% 鋼中鋼中Ti含含量與氧活度的關(guān)系量與氧活度的關(guān)系第8頁/共21頁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)圖圖 不同鈦氧化物的不同鈦氧化物的 與與%O的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線 鈦氧化物的穩(wěn)定性由強到弱為：鈦氧化物的穩(wěn)定性由強到弱

6、為：Ti2O3 TiO2TiO。 因此，因此，1873K時，鋼液中優(yōu)先生成的鈦氧時，鋼液中優(yōu)先生成的鈦氧化物為化物為Ti2O3 。KrG1873鋼液中鋼液中TiO反應(yīng)熱力學(xué)反應(yīng)熱力學(xué) 第9頁/共21頁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)圖圖 Al2O3和和Ti2O3生成生成 的的 對比對比 Al2O3生成曲線低于生成曲線低于Ti2O3的生的生成曲線，成曲線， 所以在所以在1873K鋼液中，鋼液中， Al2O3優(yōu)優(yōu)先生成。先生成。KrG1873鋼液中鋼液中TiO，AlO反應(yīng)熱力學(xué)反應(yīng)熱力學(xué) 第10頁/共21頁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)鋼液中鋼液中TiAlO系的熱力學(xué)系的熱力學(xué)2Ti+Al2O3=Ti2O3+2Al G = G0 +2.303RTlg = 41161+35862.6 lg 1873 K， G = 0時（反應(yīng)平衡），時（反應(yīng)平衡）， =0.267 ， =3.745 。22TiAl22TiAlTiAlAlTi圖圖 TiAlO系平衡時系平衡時%Al和和%Ti之間的關(guān)系之間的關(guān)系及優(yōu)勢區(qū)及優(yōu)勢區(qū)圖圖 TiAlO系平衡時系平衡時和和 之間的關(guān)系及優(yōu)勢之間的關(guān)系及優(yōu)勢區(qū)區(qū)TiAl%TiAl=0.0202時，時，反應(yīng)達平衡，曲線之上，鋼液中生成反

9、應(yīng)達平衡，曲線之上，鋼液中生成Ti2O3; 曲線之下曲線之下，鋼液中生成，鋼液中生成Al2O3所以，當(dāng)所以，當(dāng)Al/Ti0.02時時, 例如例如 Ti=0.25%時，時，Al0.005%就可就可避免避免Ti氧化生成氧化生成Ti2O3， 第11頁/共21頁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) 圖圖 1873K, (FeO)與與Al、Ti反應(yīng)的反應(yīng)的GG Al2O3生成曲線低于生成曲線低于Ti2O3的生成曲線，的生成曲線， 所以在所以在1873K， （FeO）優(yōu)先與）優(yōu)先與Al 反應(yīng)。反應(yīng)。渣中渣中FeO-Al， FeO-Ti反應(yīng)的熱力學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)第12頁/共21頁14渣中渣中FeO-Al-Ti反應(yīng)的熱

11、力學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué) 圖圖 1873K,FeOFeO= =1時時, %Al、%Ti與（與（%FeO）反應(yīng)的）反應(yīng)的優(yōu)勢區(qū)對比優(yōu)勢區(qū)對比 當(dāng)渣中（當(dāng)渣中（FeO）=0.1%時，時，Ti0.025%才能避免才能避免Ti氧化生成氧化生成Ti2O3； 當(dāng)當(dāng)Ti=0.25%時，渣中（時，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，必須先用因此，必須先用Al還原渣中（還原渣中（FeO）到盡可能低的含量（例如）到盡可能低的含量（例如0.1% ），以減少），以減少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區(qū)區(qū)區(qū)（%FeO）區(qū)發(fā)生反應(yīng)（1）和（2）區(qū)發(fā)生反應(yīng)（1）和（4）區(qū)發(fā)生反應(yīng)（3）和（4）第13頁/共21頁15圖圖1-6 1560時時Fe液、液、Fe-11%Cr液與液與Al2O3和和TiO2之間接觸角的比較之間接觸角的比較 TiO2與鋼液之間浸潤角與鋼液之間浸潤角 針對鈦穩(wěn)定化不銹鋼連鑄

13、水口結(jié)瘤物中金屬含量多，使針對鈦穩(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)壁附著了一層用后的連鑄水口內(nèi)壁附著了一層TiO2的特點，韓國浦項和美的特點，韓國浦項和美國國Carnegie Mellon大學(xué)的研究表明：大學(xué)的研究表明： TiO2與鋼液之間浸潤角小于與鋼液之間浸潤角小于90，接觸良好，所以，接觸良好，所以TiO2結(jié)瘤物傳熱性能明顯優(yōu)于結(jié)瘤物傳熱性能明顯優(yōu)于Al2O3型結(jié)瘤物，型結(jié)瘤物， 在連鑄過程中，由于在連鑄過程中，由于TiOTiO2 2型結(jié)瘤物的導(dǎo)熱性好，少量鋼液型結(jié)瘤物的導(dǎo)熱性好，少量鋼液會因溫度下降而凝固在上面會因溫度下降而凝固在上面。第14頁/共21頁16Ca

14、O Al2O3 MgO SiO2 CaF2 Na2O TiO2CaO/SiO2 Al2O3/SiO2 鋼包鋼包渣渣54.5 20.0 7.0 15.0 3.03.631.33覆蓋覆蓋劑劑38.9 16.9 4.18 35.3 2-4 2-4 0.191.100.48南非南非Columbus鋼廠冶煉含鈦不銹鋼的鋼包渣和覆蓋劑成份鋼廠冶煉含鈦不銹鋼的鋼包渣和覆蓋劑成份 第15頁/共21頁17051015202530051015202530Actual TiOx, %Predicted TiOx, %Plant DataRegression data圖圖 鋼渣中鋼渣中TiO2溶解度的計算值與鋼廠實溶

15、解度的計算值與鋼廠實際值的對比際值的對比第16頁/共21頁18第17頁/共21頁19圖圖1 典型的典型的321不銹鋼中板表面缺陷形貌不銹鋼中板表面缺陷形貌 圖圖2 321不銹鋼不銹鋼板表面缺陷顯微結(jié)構(gòu)板表面缺陷顯微結(jié)構(gòu)第18頁/共21頁20圖圖1-6 1560時時Fe液、液、Fe-11%Cr液與液與Al2O3和和TiO2之間接觸角的比較之間接觸角的比較 TiO2與鋼液之間浸潤角與鋼液之間浸潤角 針對鈦穩(wěn)定化不銹鋼連鑄水口結(jié)瘤物中金屬含量多，使針對鈦穩(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)壁附著了一層用后的連鑄水口內(nèi)壁附著了一層TiO2的特點，韓國浦項和美的特點，韓國浦項和美國國Carnegie Mellon大學(xué)的研究表明：大學(xué)的研究表明： TiO2與鋼液之間浸潤角小于與鋼液之間浸潤角小于90，接觸良好，所以，接觸良好，所以TiO2結(jié)瘤物傳熱性能明顯優(yōu)于結(jié)瘤物傳熱性能明顯優(yōu)于Al2O3型結(jié)瘤物，型結(jié)瘤物， 在連鑄過程中，由于在連鑄過程中，由于TiOTiO2 2型結(jié)瘤物的導(dǎo)熱性好，少量鋼液