連鑄結晶器保護渣熔點影響因素的研究

王慶祥,肖 聰,余其紅,劉文華

(武漢科技大學鋼鐵冶金及資源利用省部共建教育部重點實驗室,湖北武漢,430081)

連鑄結晶器保護渣主要由基料、助熔劑和碳質材料三部分組成,其主要化學成分有CaO、SiO2、Na2O、CaF2、A l2O3、M gO等。連鑄結晶器保護渣作為連鑄生產的關鍵輔料,要求其具有絕熱保溫覆蓋(防止鋼液的二次氧化)、吸收同化鋼液中上浮夾雜物、改善鑄坯與結晶器之間的傳熱效果以及減小兩者間的摩擦(保證鑄坯的潤滑)等功能[1-2]。上述諸功能決定于保護渣的特性,而保護渣的熔點是保護渣的重要特性之一,它表征著保護渣在升溫過程中由固態完全轉變為液態時的溫度。研究表明,保護渣的熔點與其組分直接相關[3]。

本文以生產現場實際使用的連鑄結晶器保護渣為研究對象,研究影響保護渣熔點的因素,分析熔點隨成分變化的規律。

1 試驗方法

取樣于生產現場實際使用的8組連鑄結晶器保護渣,其主要組分經常規化驗得出;堿度R通過化驗保護渣成分中的CaO和SiO2的質量分數算得;熔點采用試樣變形法試驗測定。

2 試驗結果及分析

2.1 堿度R對保護渣熔點的影響

堿度R對保護渣熔點的影響如圖1所示。從圖1中可以看出,保護渣熔點隨堿度的增大是先稍微降低后逐漸升高。當堿度為0.7～0.8時,保護渣熔點隨堿度的增加而降低,這是由于網鏈結構限制體CaO的增加破壞了硅氧復合陰離子結構所致。堿度繼續增大,保護渣熔點逐漸升高,這是由于CaO本身熔點較高(2 615℃),且易與SiO2形成高熔點(2 130℃)化合物(2CaO·SiO2)。

圖1 堿度R對保護渣熔點的影響Fig.1 Effect of alkalinity on melting point of mold flux

2.2 堿金屬氧化物含量對保護渣熔點的影響

圖2 堿金屬氧化物R2O含量對保護渣熔點的影響Fig.2 Effect of R2O content on melting point of mold flux

堿金屬氧化物R2O含量(w(Na2O)與w(K2O)之和)對保護渣熔點的影響如圖2所示。從圖2中可以看出,堿金屬氧化物含量小于6%時,隨著堿金屬氧化物含量增大,保護渣熔點顯著降低;當堿金屬氧化物含量大于6%時,增大堿金屬氧化物含量,保護渣熔點降低趨緩。這是由于堿金屬氧化物能與CaO、SiO2等組元形成低熔點的共熔體,當堿金屬氧化物含量增大到一定值后,共熔基本完成,此時繼續增大R2含量,其降低保護渣熔點的效果減弱。

2.3 Al2 O3含量對保護渣熔點的影響

A l2O3含量對保護渣熔點的影響如圖3所示。從圖3中可以看出,A l2O3含量小于6%時,增大A l2O3含量,保護渣熔點呈緩慢降低趨勢;當A l2O3含量大于6%時,繼續增大A l2O3含量,保護渣熔點逐漸升高。這是因為當A l2O3含量較低時,A l2O3主要起同CaO、SiO2等組元共熔的作用,其含量增加使保護渣的熔點緩慢降低;當A l2O3含量超過一定量時,繼續增大其含量,共熔作用退居為次要影響因素,作為高熔點氧化物對保護渣熔點的增大作用上升為主導影響因素,此時,隨A l2O3含量的增大,保護渣熔點逐漸升高。

2.4 F含量對保護渣熔點的影響

F含量對保護渣熔點的影響如圖4所示。從圖4中可看出,當F含量小于3.5%時,保護渣熔點隨F含量的增大而明顯降低;當F含量大于3.5%時,F含量的增大不再使保護渣熔點發生變化。F主要來自于保護渣常用助熔劑CaF2,加入CaF2,一方面能與保護渣中的CaO、CaSiO3等形成低熔點共熔物,降低保護渣熔點[4];另一方面,CaF2中的F-能代替氧離子促使Si-O鍵解體,破壞網狀或復雜鏈狀硅氧離子[5],起降低保護渣熔點的作用。因此當保護渣中F含量低時,增大F含量,保護渣熔點明顯降低;當F含量增大到一定值后,其與保護渣中的CaO、CaSiO3等形成低熔點共熔物,破壞網狀或復雜鏈狀硅氧離子過程結束,此時增大F含量不引起保護渣熔點發生改變。

圖4 F含量對保護渣熔點的影響Fig.4 Effect of F content on melting point of mold flux

3 結論

(1)堿度小于0.8%時,保護渣熔點隨堿度的增大而略微下降;堿度大于0.8%時,保護渣熔點隨堿度增大而逐漸升高。

(2)R2O含量小于6%時,保護渣熔點隨R2O含量增大而顯著降低;當R2O含量大于6%時,保護渣熔點隨R2O含量增大而緩慢降低,最后熔點不再發生變化。

(3)A l2O3含量小于6%時,保護渣熔點隨A l2O3含量的增大稍微降低;當A l2O3含量大于6%時,保護渣熔點隨A l2O3含量的增大而顯著升高。

(4)F含量小于3.5%時,保護渣熔點隨F含量的增大明顯降低;當F含量大于3.5%時,保護渣熔點幾乎不隨F含量的增大而發生變化。

[1] 鐵生年,張芬娟,陳列,等.連鑄保護渣性能研究進展[J].中國冶金,2008,18(12):1-5.

[2] 張晨.連鑄保護渣性能選擇及對鑄坯質量的影響[J].世界鋼鐵,2009,9(2):17-21.

[3] 曾建華.連鑄保護渣組成與性能關系的研究狀況[J].鋼鐵釩鈦,2002,23(4):47-52.

[4] 陳家祥.煉鋼常用圖表數據手冊[M].北京:冶金工業出版社,1984:120-140.

[5] 王筱留.鋼鐵冶金學(煉鐵部分)[M].北京:冶金工業出版社,2008:114-115.