外来气体影响因素及解决措施

　　空气及其二次氧化。当连铸过程的钢水敞开浇铸，使钢流表面与大气直接接触，或者保护浇铸装置有缝隙产生负压吸入空气，导致钢水发生二次氧化，钢中吸入大量空气。一方面，在气、液界面，空气中的氧分子、部分氮分子溶解进入钢水中，增加了钢中[O]、[N]含量，空气中的二氧化碳，会部分地与钢中C、Si、Mn、Al等元素发生反应，生成金属氧化物和CO气体。而钢液吸入空气导致二次氧化产生CO气泡的行为与钢水脱氧不良产生CO气泡的行为比较类似。另一方面，未溶解的空气（混合气体），以气泡的形式进入钢液。此外，溶解在钢液中的部分氮、氧、氢等原子，当与钢中已经存在的气泡边界接触时，也会以原子形式扩散至界面，形成氮、氧、氢分子，从而进入气泡。

　　保护性气体。氩气泡在铸坯液芯中（主要指结晶器及其下方区域）存在上、下两个循环区，大多数氩气泡及其所经路径上吸附的夹杂，在结晶器内的上循环区运动后，绝大部分上浮到渣层；小部分体积较小的气泡及其所吸附的夹杂，运动到下循环区，在坯壳内表面附近循环，大部分被凝固坯壳的内表面所俘获。被俘获的气泡最终成为铸坯皮下气泡（铅笔状），轧制成材后以表面重皮、皮下气孔或夹杂簇的形式表现出来。连铸钢水在浸入式水口中的流量一定的前提下，当进入水口的氩气流量增大到一定值时，气体在水口中形成气幕，虽然能更好地防止水口结瘤，但会在水口的出口处形成不稳定的环状气流，相当于进入结晶器的钢水断续地夹带有大气泡进入结晶器，对结晶器内的流场产生间隙式的扰动，结晶器液面表现出无规则的波动和冒泡。

　　外来气体在连铸坯中形成的气泡，其分布规律与结晶器中钢液的流场密切相关，只有被凝固壳的固液界面捕获的气泡才会留在铸坯中。只要钢水存在紊流，就存在氩气泡被凝固坯壳内表面俘获的现象。也就是说，实际的连铸过程中，只要水口吹氩，钢坯的氩气泡几乎是不可避免的。

　　减少板坯外来气泡的方法。为了减少外来气泡，一方面，在保证水口不会堵塞和保证结晶器液渣层活跃的前提下，减少氩气（或其他新来干涉气体）流入量。当然，最理想的方法是不吹氩，而通过进一步提高钢水的纯净度或改变钢水中的夹杂性质来防止水口堵塞。另一方面，优化结晶器流场，减少气泡俘获率，一是在不改变水口结构和氩气流量的情况下，适当降低拉坯速度，某公司就采取过这种措施，效果比较明显，但影响了钢坯产量；二是优化结晶器浸入式水口的结构，包括流钢口的尺寸和形状、水口插入深度等，但该工作的难度大、周期长，必须进行适当的计算机仿真和水模拟实验。

　　板坯氩气泡问题及采取的改善措施。某公司3号板坯连铸机采取全程氩气保护浇铸。有塞棒吹氩和中间包上下水口氩封，板坯的钢水酸溶铝含量都在0.015%～0.040%，各种保护渣和合金料的现场取样检测的水分，都符合标准要求。存在气泡的Q235B、Q345B、45号钢坯，铸坯经火焰清理或车削加工发现，气泡分布在皮下50毫米以内，主要分布在板坯窄面及靠近板坯窄面300毫米以内的宽面；轧制的钢板表面，对于不切边的40毫米以上钢板，纵边侧面明显存在气泡，当靠近钢板纵边的位置的气泡密度大、尺寸大时，钢板表面的中间部位也存在少量气泡；当板材压缩比较大（钢板较薄）时，气泡成为重皮或被氧化消除。为此，该公司主要采取了以下措施：其一，每个部位都安装氩气流量计，在保证不堵水口和结晶器液面比较活跃的条件下，使两个部位的氩流量，特别是塞棒氩流量减到最少；强化对中包水口的快换机构零件的质量检查，减少上下水口气隙，从而减少由于钢水负压造成大量保护性气体进入钢液。其二，摸索水口最佳插入深度，优化流场。通过采取以上措施，基本上可以解决钢板气泡废品问题。但是，40毫米以上的厚规格板，钢板纵边距边部50毫米以内，总是存在个别气泡或针孔，当然，这要在用户可接受的范围内。