CN105069289A - 一种高铜钢铸坯表面氧化铁皮生成厚度的计算方法 - Google Patents

Abstract

一种高铜钢铸坯表面氧化铁皮生成厚度的计算方法，按以下步骤进行：(1)：确定连铸过程中气氛氧势条件；(2)：根据反应速率与温度的关系，计算高铜钢氧化铁皮生成活化能；(3)：根据现场实际操作，确定连铸二冷段拉速(V)、二冷水量(W)，以及铸坯出二冷段时温度(T)；(4)：根据计算方法，计算高铜钢铸坯表面氧化铁皮生成厚度。本发明提供的计算高铜钢铸坯表面氧化铁皮生成厚度的方法，可适用于高铜钢的连铸工艺生产，具有简单、快捷的特点，对指导现场实践具有重要作用。

Description

一种高铜钢铸坯表面氧化铁皮生成厚度的计算方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种高铜钢铸坯表面氧化铁皮生产厚度的计算方法。

背景技术

汽车、船舶、航天等众多领域的快速发展，对基础原材料提出了更高的要求，尤其对钢铁质量和性能提出了更高的标准。对钢铁企业而言，由于钢水在连铸工艺阶段，受到氧气或水蒸汽的综合氧化作用，会在铸坯表面生成氧化铁皮。氧化铁皮的存在，直接影响了在二冷段区域铸坯表面和内部的传热过程，对铸坯质量产生影响，更降低了金属收得率，造成钢铁企业的经济损失。

中国专利CN200820190291.5公开的钢坯表面氧化铁皮去除装置，防止氧化铁皮在铸坯表面过分堆积，以及中国专利CN201110293201.1公开的一种热轧带钢表面氧化铁皮组分和厚度控制方法，都是针对钢铁生产后续工艺即轧制阶段而言的处理方法。而目前，对于从连铸阶段入手，控制氧化铁皮生成的研究很少。

因此，通过计算在连铸过程中高铜钢铸坯表面氧化铁皮生成厚度，研究钢种在连铸过程氧化铁皮生成机理，降低其生成量对行业节能减排有十分重要的意义。

发明内容

发明的目的旨在提供一种高铜钢铸坯表面氧化铁皮生成厚度的计算方法，通过连铸过程不同气氛氧势条件、不同拉速、不同比水量，以及不同铸坯出二冷段时温度等工艺参数，确定铸坯生成氧化铁皮厚度，为指导现场实践，减少氧化铁皮生成量提供依据。

本发明提供一种高铜钢铸坯表面氧化铁皮生成厚度的计算方法，其特征在于高铜钢在连铸过程中，由于被置于氧化性气氛中，同时由于空气中氧气及水蒸汽的复合氧化作用，会在金属表面生成氧化铁皮。通过确定影响铸坯表面氧化铁皮生成因素，计算氧化铁皮的生成厚度。

所述目的是通过如下步骤实现的：

(1)：确定连铸过程中气氛氧势条件：将空气中氧气与水蒸汽的氧化作用折算成氧分压的形式，根据水的蒸发量，确定不同条件下氧分压，如表1所示：

表1

(2)：根据反应速率与温度的关系，计算高铜钢氧化铁皮生成活化能(E_a＝251kJ/mol)；

(3)：根据现场实际操作，确定连铸二冷段拉速(V)、二冷水量(W)，以及铸坯出二冷段时温度(T)；

(4)：根据计算方法，计算高铜钢铸坯表面氧化铁皮生成厚度；

$d=A\×{\left(P_{O_2}\right)}^{n_1}\×V^{-0.185}\×W^{-2.775}\×\exp \left(-\frac{E_a}{RT}\right)$

d为氧化铁皮厚度，μm；为气氛氧势条件，atm；V为拉速，m/min；W为总比水量，L/min；T为铸坯出二冷段时温度，K。

其中，n₁和A的大小与水蒸发量的关系如表2所示：

表2

本发明提供的计算高铜钢铸坯表面氧化铁皮生成厚度的方法，可适用于高铜钢的连铸工艺生产，具有简单、快捷的特点，对指导现场实践具有重要作用。

具体实施方式

实施例1

计算采用100％液态水且蒸发量为25％的冷却工艺的高铜钢铸坯表面氧化铁皮的生成厚度，计算方法按以下步骤进行：

(1)：确定连铸过程中气氛氧势条件。

对于100％液态水且蒸发量为25％的冷却工艺，

${\left(P_{O_2}\right)}_e=P_{O_2}+0.10P_{H_{2}O}=0+0.1\×1.0=0.1atm;$

(2)：根据反应速率与温度的关系，计算高铜钢氧化铁皮生成活化能(E_a＝251kJ/mol)。

(3)：根据现场实际操作，确定连铸二冷段拉速V＝1.0m/min，二冷水量W＝130.63L/min，以及铸坯出二冷段时温度T＝1223K。

(4)：根据计算方法，计算高铜钢铸坯表面氧化铁皮生成厚度；此时n₁＝0.819，A＝3.416×10⁸；

$\begin{array}{c}d=A\×{\left(P_{O_2}\right)}^{n_1}\×V^{-0.185}\×W^{-2.775}\×\exp \left(-\frac{E_a}{RT}\right)\\ =3.416\×{10}^8\×{\left(0.1\right)}^{0.819}\×{\left(1.0\right)}^{-1.185}\×{\left(130.63\right)}^{-2.775}\×\exp \left(-\frac{251}{8.314\×1233}\right)\\ =67.886\mathrm{\μ}m.\end{array}$

实施例2

计算采用100％液态水且蒸发量为30％的冷却工艺的高铜钢铸坯表面氧化铁皮的生成厚度，计算方法按以下步骤进行：

(1)：确定连铸过程中气氛氧势条件；

对于100％液态水且蒸发量为30％的冷却工艺，

${\left(P_{O_2}\right)}_e-P_{O_2}+0.12P_{H_{2}O}=0+0.12\×1.0=0.12atm;$

(2)：根据反应速率与温度的关系，计算高铜钢氧化铁皮生成活化能(E_a＝251kJ/mol)；

(3)：根据现场实际操作，确定连铸二冷段拉速V＝1.1m/min，二冷水量W＝138.69L/min，以及铸坯出二冷段时温度T＝1203K；

(4)：根据计算方法，计算高铜钢铸坯表面氧化铁皮生成厚度，此时n₁＝1.147，A＝5.900×10⁸，

$\begin{array}{c}d=A\×{\left(P_{O_2}\right)}^{n_1}\×V^{-0.185}\×W^{-2.775}\×\exp \left(-\frac{E_a}{RT}\right)\\ =5.900\×{10}^8\×{\left(0.12\right)}^{1.147}\×{\left(1.1\right)}^{-0.185}\×{\left(138.69\right)}^{-2.775}\×\exp \left(-\frac{251}{8.314\×1203}\right)=56.486\mathrm{\μ}m.\end{array}$

实施例3

计算采用56％液态水+9％O₂+N₂且水的蒸发量为20％的冷却工艺的高铜钢铸坯表面氧化铁皮的生成厚度，计算方法按以下步骤进行：

(1)：确定连铸过程中气氛氧势条件；

对于56％液态水+9％O₂+N₂且水的蒸发量为30％的冷却工艺，

${\left(P_{O_2}\right)}_e-P_{O_2}+0.08P_{H_{2}O}=0.09+0.08\×0.56=0.135atm$

(2)：根据反应速率与温度的关系，计算高铜钢氧化铁皮生成活化能(E_a＝251kJ/mol)；

(3)：根据现场实际操作，确定连铸二冷段拉速V＝1.3m/min，二冷水量W＝145.23L/min，以及铸坯出二冷段时温度T＝1023K；

(4)：根据计算方法，计算高铜钢铸坯表面氧化铁皮生成厚度，此时n₁＝0.594，A＝2.324×10⁸；

$\begin{array}{c}d=A\×{\left(P_{O_2}\right)}^{n_1}\×V^{-0.185}\×W^{-2.775}\×\exp \left(-\frac{E_a}{RT}\right)\\ =2.324\×{10}^8\×{\left(0.135\right)}^{0.594}\×{\left(1.3\right)}^{-0.185}\×{\left(145.23\right)}^{-2.775}\×\exp \left(-\frac{251}{8.314\×1023}\right)\\ 65.472\mathrm{\μ}m.\end{array}$

实施例4

计算采用56％液态水+9％O₂+N₂且水的蒸发量为30％的冷却工艺的高铜钢铸坯表面氧化铁皮的生成厚度，计算方法按以下步骤进行：

(1)：确定连铸过程中气氛氧势条件。

对于56％液态水+9％O₂+N₂且水的蒸发量为30％的冷却工艺，

${\left(P_{O_2}\right)}_e-P_{O_2}+0.10P_{H_{2}O}=0.09+0.12\×0.56=0.157atm$

(2)：根据反应速率与温度的关系，计算高铜钢氧化铁皮生成活化能(E_a＝251kJ/mol)。

(3)：根据现场实际操作，确定连铸二冷段拉速V＝1.2m/min，二冷水量W＝140.92L/min，以及铸坯出二冷段时温度T＝1253K。

(4)：根据计算方法，计算高铜钢铸坯表面氧化铁皮生成厚度。此时n₁＝1.147，A＝5.900×10⁸。

$\begin{array}{c}d=A\×{\left(P_{O_2}\right)}^{n_1}\×V^{-0.185}\×W^{-2.775}\×\exp \left(-\frac{E_a}{RT}\right)\\ =5.900\×{10}^8\×{\left(0.157\right)}^{1.147}\×{\left(1.2\right)}^{-0.185}\×{\left(140.97\right)}^{-2.775}\×\exp \left(-\frac{251}{8.314\×1253}\right)\\ 72.379\mathrm{\μ}m.\end{array}$

Claims (1)

1.一种高铜钢铸坯表面氧化铁皮生成厚度的计算方法，其特征在于按以下步骤进行：

(1)：确定连铸过程中气氛氧势条件：将空气中氧气与水蒸汽的氧化作用折算成氧分压的形式，根据水的蒸发量，确定不同条件下氧分压，如表1所示：

表1

(2)：根据反应速率与温度的关系，计算高铜钢氧化铁皮生成活化能；

(3)：根据现场实际操作，确定连铸二冷段拉速、二冷水量，以及铸坯出二冷段时温度；

(4)：根据计算方法，计算高铜钢铸坯表面氧化铁皮生成厚度，

$d=A\×{\left(P_{O_2}\right)}^{n_1}\×V^{-0.185}\×W^{-2.775}\×\exp \left(-\frac{E_a}{RT}\right);$

d为氧化铁皮厚度，μm；为气氛氧势条件，atm；V为拉速，m/min；W为总比水量，L/min；T为铸坯出二冷段时温度，K。