在鋼的連鑄過程中,不論是連鑄“準沸騰鋼”還是連鑄高純凈度的鎮靜鋼,國內外許多鋼廠都遇到過連鑄坯中產生氣泡的問題。筆者根據煉鋼理論以及一些經驗分析,連鑄過程產生氣泡(包括針孔)的主要原因有以下3類,即脫氧不良、外來氣體(空氣、保護性氣體)和水蒸氣(來自潮濕的添加料和耐火材料等)。
脫氧不良影響因素及解決措施
當連鑄過程中脫氧不良時,產生的氣泡為CO氣泡。實際上,鋼坯中CO氣泡的出現,經歷了以下過程:樹枝晶間的濃縮相(較大的碳氧濃度積)中形成針孔氣泡源→通過局部的碳氧反應,針孔形成臨界氣泡→通過氣液界面持續的碳氧反應,臨界氣泡長大形成宏觀氣泡→一部分宏觀氣泡長大后,在浮力的作用下向上運動,同時氣液界面持續碳氧反應,并吸附所遇到的夾雜物和其他氣泡,最后從鋼水中逸出,或者被凝固界面捕獲留在連鑄坯中;一部分宏觀氣泡不運動,附著在原樹枝晶間,成為連鑄坯“針孔”或皮下氣泡。
連鑄坯中氣泡的形成,生核(臨界氣泡)和長大是兩個必不可少的環節。氣泡源,主要在鑄坯凝固過程的固液界面,而不是在相當于均相的鋼液中。而臨界氣泡的形成和長大,與鋼水的系統壓強密切相關。只有當P生(Pco+PH2+PN2)大于P阻(P環境壓強+P鋼水靜壓強+P附加壓強)時,CO氣泡才能形成和長大。而連鑄過程靠近結晶器液面凝固坯殼的固液界面越往下,鋼水靜壓強越大,氣泡越難形成和長大。當距結晶器液面一定深度,并且P生小于P阻時,即使樹枝晶間的濃縮相中形成針孔氣泡源,但不能形成臨界氣泡,更談不上氣泡長大,此時,即使鋼中有一定的碳氧濃度積,碳氧反應也不可能再持續進行。因此,鑄坯中由于脫氧不良而形成的CO氣泡,其存在的位置,從鑄坯橫截面觀察,應該分布在鑄坯皮下的一定深度。
因此,為了改善或消除CO氣泡,可以加大連鑄坯冷水強度,提高連鑄坯拉速,還可適當減少[C]、[O]的相界面偏析富集,從而減少針孔氣泡源,同時使鋼水快速進入高靜壓強的下部區域,能夠有效地抑制CO針孔氣泡的長大。為了順利連鑄低硅低鋁準沸騰鋼水,保證不產生大量皮下氣泡,一方面要摸索出低碳準沸騰鋼的合理的氧濃度(用固體電解質氧濃差電池測定鋼中氧活度,通過鋼包喂硅鈣絲調節其值);另一方面要在鋼水中氧濃度一定的條件下,適當提高拉速,進一步抑制皮下氣泡的生成。