在钢铁生产的二次精炼和连续铸造过程中,钢液的再氧化现象对洁净钢生产构成了重要挑战。再氧化反应发生时,钢液与气态氧、渣或耐火材料等接触,导致钢液含氧量增加并生成非金属夹杂物。这些夹杂物会引发浸入式水口堵塞等问题,影响生产稳定性和产品质量。因此,理解再氧化的机制及其对钢液洁净度的影响对于提升钢材品质至关重要。
最近,汉阳大学的Joo Hyun Park教授和浦项工科大学的Youn-Bae Kang教授及其团队通过系统文献回顾,深入分析了钢液在二次精炼和连铸过程中的再氧化现象。研究团队探讨了气态氧、渣中氧化物及耐火材料对再氧化的不同影响,系统总结了氧分压对再氧化反应的关键作用,并结合热力学和流体动力学建模预测钢液再氧化的机制。研究发现,通过优化中包覆盖渣成分及流动行为,可以有效抑制再氧化,提高洁净钢生产的效率。
相关研究成果以“Reoxidation Phenomena of Liquid Steel in Secondary Refining and Continuous Casting Processes: A Review”为题目发表于Steel Research International期刊2024年95卷11期。论文作者为:Joo Hyun Park, Youn-Bae Kang。
该论文的主要研究结果与结论如下:
氧化物(如FetO和SiO₂)在中包渣和浸入式水口处可与钢液反应,增加再氧化风险。
高氧分压会促进钢液再氧化的发生,特别是钢液在与耐火材料界面接触时更为显著。
基于CFD和热力学模型,优化中包渣的组成和流动条件可显著降低钢液的再氧化概率。
FetO等氧化物在高氧化性环境下会自发分解,导致钢液氧含量升高,增加夹杂物数量。
研究为铝脱氧钢的再氧化控制提供了理论依据,指出夹杂物形态在再氧化条件下的演变特征。
论文中的主要图片和表格如下:
图1. 钢液与耐火材料的界面氧化物生成机制示意图
图3. 钢/耐火材料界面铁氧化物的形成,由于耐火材料与液态钢之间的氧势差引起
图4. 导致浸入式水口(SEN)堵塞的反应机制
图5. 液态钢在再氧化后表面氧化膜的扫描电子显微镜(SEM)照片
图6. 再氧化过程中形成氧化铝团簇的示意图及解释
图8. 可溶氧和不溶氧含量的同时分析
图9. 不同类型夹杂物形成机制的概率密度函数(PDF)图示意图
图13. 惰性气体保护中间包内部不同区域的示意图
图14. 在换钢过程中,不同加料时间下冲击区内渣相和气相的分布(15秒)
图15. 不同R比条件下夹杂物的组成
图23. 在奥氏体不锈钢(硅脱氧)生产过程中含尖晶石晶体夹杂物的形成机制示意图
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