钢水成分对连铸可浇性及产品质量的影响doc.docx
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钢水成分对连铸可浇性及产品质量的影响doc
YJ0709-钢水成分对连铸可浇性及产品质量的影响
案例简要说明:
依据国家职业标准和冶金技术专业教学要求，归纳提炼出所包含的知识和技能点，弱化与教学目标无关的内容，使之与课程学习目标、学习内容一致，成为一个承载了教学目标所要求知识和技能的教学案例。
该案例是钢水成分对连铸可浇性及产品质量的影响的案例，体现了钢水成分之间的作用、关系、夹杂物的分类、夹杂物的改质等知识点和岗位技能，与本专业连续铸钢课程钢液的准备单元的教学目标相对应。
案例名称
钢水成分对连铸可浇性及产品质量的影响
适用说明
本案例适合中职、高职、职业本科等院校冶金技术专业，在转炉炼钢、炉外精炼、连续铸钢钢铁冶金或相似的综合性课程教学中使用，更适合在转炉炼钢工、炉外精炼工、连续铸钢工等工种的职工培训中使用。
案例背景
由于钢种成分如锰硫比、钙铝比及非金属夹杂物对钢水可浇性影响极为显著，因此近年来，国内外对钢水成分的研究已逐渐发展成为一个分支学科。
同时对洁净钢生产技术的发展起到了重要的推动作用。
钢中A12O3、MnS、AlN、CaS等非金属夹杂物的组成、形态、数量、粒径以及分布等都严重影响着钢水的可浇性。
案例所涉及的知识点
钢水成分对连铸可浇性及产品质量的影响；控制钢种成分及夹杂物改性；
案例所涉及的技能点
保证钢水成分、连铸可浇性及产品质量的措施，根据设备、原材料，选择工艺路线。
案例工作任务的分解
在生产低碳、超低碳甚至IF钢过程的生产工艺路线，转炉控制钢水不得过吹，降低转炉终点钢水氧含量，降低钢中氧化物夹杂，转炉脱氧合金化过程的钢水Mn含量，精炼炉控制终点S含量及微调锰含量控制锰硫比，控制不得增N及保证钙铝比，连铸根据钢水成分控制连铸浇注速度及保护浇注情况。
教学目标
（1）了解钢水成分对连铸可浇性及产品质量的影响；
（2）掌握控制钢种成分及夹杂物改性要点；（3）学习综合考虑保证钢水成分、连铸可浇性及产品质量的措施，根据设备、原材料，选择工艺路线。
（4）全面复习所学知识，并将知识转化为技能。
案例建议的教学时间
4~6学时
案例的操作演示
现场调研、问题讨论、点评、案例分析、图片、计算机仿真、讲授、课堂练习、大作业。
案例点评
案例教学可实现现场案例与所学理论知识的有机结合，将书本知识转化为现实工作能力，培养了学生的分析问题、解决问题的能力，本案例通过钢铁冶金原理、冶金物理化学及冶金传输原理的知识点的结合，帮助学生如何运用知识点解决现场问题，使学生掌握解决现场问题的方法。
本案例可迁移为其他品种钢冶炼教学，学生通过本案例学习，具有其他品种钢开发的能力
钢水成分对连铸可浇性及产品质量的影响
1.背景介绍
由于钢种成分如锰硫比、钙铝比及非金属夹杂物对钢水可浇性影响极为显著，因此近年来，国内外对钢水成分的研究已逐渐发展成为一个分支学科。
同时对洁净钢生产技术的发展起到了重要的推动作用。
钢中A12O3、MnS、AlN、CaS等非金属夹杂物的组成、形态、数量、粒径以及分布等都严重影响着钢水的可浇性。
因此，研究钢中非金属夹杂的来源、生成、结构形态及其对钢水可浇性的影响，已成为各个钢铁厂冶炼高附加值产品的重要课题。
2.主要内容
2.1.氧化类夹杂物改性
脱氧产物A12O3的改性处理主要是将其转变为含CaO含量较高的钙铝酸盐（12CaO·7A12O3）。
这种钙铝酸盐在1450℃下为液态，在钢液中易于上浮、分离。
即使残留在钢液中也会以球状夹杂为主，对钢的危害性较小。
形成钙铝酸盐的反应过程为：
A12O3
CaO·6A12O3
CaO·2A12O3
CaO·A12O3
12CaO·7A12O3
3CaO·A12O3
CaO，其中12CaO·7A12O3熔点较低，在钢液中通常呈现液态，很容易上浮，防止阻塞水口，造成连铸水口套眼现象出现。
CaO-Al2O3系的五个中间相化学成分及物性指标
铝酸钙
化学成分，%
熔点，℃
显微硬度kg/mm2
CaO
Al2O3
3CaO·Al2O3
62
38
1535
--
12CaO·7Al2O3
48
52
1455
--
CaO·Al2O3
35
65
1605
930
CaO·2Al2O3
22
78
～1705
1100
CaO·6Al2O3
8
92
～1850
2200
Al2O3
0
100
～2020
3000～4000
铝碳质浸入式水口在浇铸铝镇静钢、铝-硅镇静钢时，常因钢液中Al2O3夹杂物沉积在水口内壁而发生堵塞，影响连铸的顺行。
一般认为，当Al2O3颗粒间的熔钢在界面张力的作用下，从中排除时，就形成了珊瑚状Al2O3沉积物；当熔钢不能从中排除时，则形成含有金属夹杂的氧化铝沉积物，而造成水口堵塞。
此外，由于石墨的良好导热性，使水口内壁-钢液界面温度降低，钢液中溶解的Al达到饱和状态，也会促使Al2O3沉积，造成水口的Al2O3沉积堵塞。
2.2.硫化物夹杂改性
硫化物夹杂是另一类典型的非金属夹杂物。
在钙处理前，硫化物主要以MnS、FeS的形式存在，而MnS为塑性夹杂，在热轧过程沿轧制方向很容易变形延伸，从而导致钢材的各向异性，即钢材在非轧制方向（宽度和厚度方向）的延展性、韧性等性能会低于轧制方向（长度方向）的性能。
钙化处理后，硫化锰可转变为CaS、使长条状MnS夹杂转变成球状CaS夹杂。
当Ca/S＝0-0.2时，钙不参与脱氧、脱硫、铝脱氧而锰脱硫，钙不能控制夹杂物的形态及组成；当Ca/S＝0.2-0.5时，钙变性Al2O3，但不变质MnS；当Ca/S＝0.5-0.7时，钙变性Al2O3，同时变质MnS；当Ca/S<2时，钢中仍存在MnS夹杂；Ca/S再大时，钙除继续变性Al2O3外，还全部取代锰形成硫化钙。
当Ca/S>5时，纯CaO及纯CaS便会出现在钢中。
在长条状的硫化物夹杂中几乎没有钙的存在；当硫化物中钙含量逐渐增加时，其形态向纺锤形靠近，说明Ca可使硫化物形态得到改善。
3.分析路径
该案例是钢水成分对连铸可浇性及产品质量的影响的生产分析，本生产案例体现了钢水成分之间的作用、关系、夹杂物的分类、夹杂物的改质等转炉炼钢工、合金工、精炼工、连铸大中包工等知识点和岗位技能，与冶金技术专业连铸生产课程钢铁冶金原理单元的教学目标相对应。
根据国家职业标准关于转炉炼钢工、合金工、精炼工工种要求，对应教学目标，从此生产案例归纳提炼出所包含的知识和技能点，弱化与教学目标无关的内容，使之与课程学习目标、学习内容一致，成为一个承载了教学目标所要求知识和技能的教学案例。
采用现场调研、问题讨论、点评、案例分析、图片、计算机仿真等手段，引导学生通过自学、讲授、讨论等方式学习钢铁冶金原理知识，掌握转炉脱氧合金化、钙处理等知识技能，达到教学目标要求。
4.教学目标
（1）了解钢水成分对连铸可浇性及产品质量的影响；
（2）掌握控制钢种成分及夹杂物改性要点；
（3）学习综合考虑保证钢水成分、连铸可浇性及产品质量的措施，根据设备、原材料，选择工艺路线。
（4）全面复习所学知识，并将知识转化为能力。
5.教学方式方法
现场调研、问题讨论、点评、案例分析、讲授、课堂练习、大作业。
具体教学过程设计如下：
5.1.课前计划
（1）学生掌握知识：
转炉、精炼工艺操作要点及夹杂物形态等控制要点，连续铸钢生产的基本原理、工艺、设备；
（2）学生分组，指定组长；
（3）与现场联系，进行现场教学准备，包括安全教育、劳保用品、行走路线，现场兼职教师，现场教室等；
（4）安全教育，教师带领学生下厂调研，记录10连续铸钢生产工艺参数，收集生产过程相关资料；
（5）学生根据所学知识和实习、调研中获得的资料，总结连续铸钢生产的操作要点；
（6）与技术人员交流，请技术人员准备讲授工序工艺规程。
（7）教室设置成学习岛，准备投影，为每组准备2张0开白纸，大号记号笔1支、作业纸每人2张。
5.2.课中计划
（1）学生按小组就座学习岛周围，选举记录人、发言人。
（2）采用头脑风暴法，每人总结一条操作要点，按顺时针顺序轮流发言，记录人将操作要点在0开白纸上按铁水预处理、转炉炼钢、炉外精炼、连续铸钢分工序记录。
要求每人发言，可以轮空，直到所有人员无法补充为止，时间15～20分钟；
（3）整理完成后，小组发言人上台展示0开白纸上的记录，并向全体师生汇报交流钢种操作要点；发言学生汇报完成后，同组学生可以补充。
汇报完成，本组自评，其它组进行点评打分，现场技术人员参与对学生汇报的操作要点评价，指出优点和不足，每组时间8～10分钟；
（4）技术人员讲授实际生产工序工艺规程，时间20分钟；
（5）教师讲授转炉、精炼工艺操作要点及夹杂物形态等控制要点，时间45分钟。
5.3.课后计划
布置作业，见6.3。
6.思考题及考评
6.1.课前思考题
布置课前思考题，保证学生下厂调研知道找什么材料、看什么操作、思考为什么如此操作。
（1）钢水成分对连铸可浇性及产品质量的影响有哪些？
（2）转炉、精炼工艺操作要点及夹杂物形态等控制要点？
（3）如何使夹杂物改性提高钢水可浇性的同时提高产品质量？
（4）如何保证减少铸坯中的夹杂物？
6.2.课堂练习
课堂提问或者集体回答，目的：
及时复习、巩固知识，检查教学效果。
练习题
1、中间包水口堵塞有两种情况，一是冷钢堵，另一种是夹杂物堵。
（）
答案：
√
2、结晶器液面波动对卷渣没有影响。
（）
答案：
×
3、向钢水包中吹入氩气时，能使钢中氮含量降低。
（）
答案：
√
4、炉外脱S能力CaO＞CaC2＞Mg。
（）
答案：
×
5、脱氧的主要目的就是去除钢中过剩的氧，但脱氧时还要完成调整钢的成份和合金化的任务。
（）
答案：
√
6、连铸坯的纯净度主要就表现在非金属夹杂物上。
（）
答案：
√
7、扩散脱氧的最大优点是（）。
A．污染钢液B．不污染钢液C．净化钢液D．降低氧含量
答案：
B
8、沉淀脱氧的基本原理是向钢液中加入（）作为脱氧剂，夺取溶解在钢液中的氧，并生成不溶于钢液中的氧化物或复合氧化物排至炉渣中。
A．与氧的亲和力比铁大的元素B．与氧的亲和力比硅大的元素
C．与氧的亲和力比锰大的元素D．与氧的亲和力比铝大的元素
答案：
A
9、保护渣的好坏主要影响铸坯的（）。
A表面质量B内部质量C形状D中心偏析
答案：
A
10、高过热度对连铸机的影响，下列说法不正确的是（）。
A拉速低 B增加拉漏危险性
C有利于夹杂物的上浮 D柱状晶小
答案：
D
11、钢水温度过高对生产的影响，下列说法不正确的是（）。
A加剧钢包及中间包的蚀损B非金属夹杂增多
C水口关不住，易造成漏钢D易在结晶器液面处形成冷皮
答案：
Ｄ
12、钢液的二次氧化，将使钢中有害气体氮、氧增加，使钢液粘度（）。
A．降低B．增加C．保持不变D无关
答案：
B
13、对于铝镇静钢浇铸前喂含Ca合金包芯线的目的是（）。
A．脱氧B．脱硫C．改善钢水流动性D．微调钢水中的铝含量
答案：
C
6.3.课后作业
课后作业，复习巩固知识、提升能力。
（1）每人记录10炉钢冶炼工艺参数，收集生产过程相关资料（包括铁水预处理、脱磷转炉、脱碳转炉、炉外精炼RH、连续铸钢）。
（2）每人结合自己调研结果，选择钢的某一岗位生产操作结合原理编写详细的操作要点。
（3）（附加题）本类钢种夹杂物改性要点。
6.4.评价表
学生考核评价实施表
评价方式
评价内容
评价结果
得分
过程性
评价
（100%）
学习态度（20%）
获取信息和新知识的能力
3~10
出勤情况及对纪律的遵守情况
0~10
课堂参与
（50%）
小组评价
（30%）
小组合作融洽，讨论能达到预定的目标
21~30
小组合作比较融洽，讨论基本达到预定的目标
11~20
小组合作相对融洽或不融洽，讨论未达到预定的目标
1~10
展示评价
（20%）
展示内容全面，条理清楚、语言流畅
4~20
完成作业
（20%）
思路清晰，格式规范，内容正确
0~20
自我评价
（10%）
4~10
升级会员 