薄板坯連鑄保護渣冶金性能實驗研究

1、薄板坯連鑄保護渣冶金性能實驗研究摘要:對5種薄板坯連鑄保護渣化學成分、熔化溫度、熔化速度、結晶溫度和礦物組成進行了試驗研究和理論分析，結果表明現(xiàn)行薄板坯連鑄保護渣熔化溫度為10571131，熔化速度為19.361.1s，結晶溫度為10581142，凝固渣樣的礦物組成以硅灰石和少量黃長石為主，且隨著堿度的提高，渣樣的玻璃化率急劇降低。綜合各種性能氟工藝要求，渣A除熔化速度需要調整外，其它性能均較適于薄板坯連鑄需要。 關鍵詞:薄板坯連鑄；保護渣；冶金性能；實驗研究因此國內在短短幾年內先后投產了7條薄板 薄板坯連鑄連軋是上個世紀末期才逐步成熟起來的一項冶金工藝，除高的生產效率和低的能源消耗等優(yōu)點外，

2、其高質量的板帶產品更是對于調整我國的鋼材產品結構，提高板材比具有非常大的吸引力。坯連鑄連軋生產線，其中薄板坯連鑄工藝是重要的組成部分，它決定著最終產品的質量和產量。結晶器保護渣則是薄板坯連鑄中的關鍵技術和重要材料，起著潤滑鑄坯、改善傳熱和吸附夾雜的冶金作用，因此在引進生產線的同時，各企業(yè)也非常重視結晶器保護渣的選型和使用，但各企業(yè)生產中都發(fā)生了與保護渣有關的質量和運行問題，如鑄坯表面出現(xiàn)縱裂、發(fā)生漏鋼事故等。文中就是針對這種情況，采集了5種薄板坯連鑄生產中使用的保護渣進行了試驗研究和理論分析，根據(jù)工藝要求提出了現(xiàn)行保護渣的改進方案，并為薄板坯連鑄保護渣的設計提供了理論依據(jù)。1 保護渣化學成分

3、對保護渣成品渣樣和渣膜渣樣進行成分分析，分析結果示于表1。表1 保護渣化學成分渣樣號RwB/%SiO2CaONa2OAl2O3FCToalCFreeA0.8634.2529.5214.13.334.795.693.34B1.0930.1733.518.694.458.658.190.21C1.1829.9135.738.374.538.359.080.43D0.80-0.9135.4029.00-31.002.00-3.506.00-7.505.50-7.503.50-5.00E1.19-1.3724.00-26.0031.00-33.006.50-8.002.50-4.006.00-7.50

4、12.50-14.0010.00-11.502 保護渣熔化特性研究2.1 研究方法及實驗裝置 采用RDS-04全自動爐渣熔點熔速測定儀對薄板坯連鑄保護渣熔化溫度和熔化速度進行研究。應用試樣變形法測定試樣變形量與溫度的關系，其中試樣開始變形的溫度定為初始熔化溫度，試樣高度降為原高度的1/2呈半球形時的溫度定為半球點溫度，即保護渣的熔化溫度，試樣全部變?yōu)橐后w時即渣柱高度降為原高度的1/4時的溫度定為流動溫度。2.2 實驗結果及討論 表2為各渣樣熔化溫度的實測值。其中渣A、渣D熔化溫度分別為1057和1064，可以使保護渣在結晶器內彎月面保持良好的熔融狀態(tài)，而且使結晶器長度方向上的鑄坯凝固坯殼表面的

5、渣膜處于液態(tài)，有利于改善鑄坯在結晶器內的潤滑狀況，降低摩擦力，防止鑄坯拉漏，同時有助于改善鑄坯表面質量，提高拉速。A、D的堿度接近，都在1.0以下，故其熔化溫度較堿度在1.0以上的渣B、渣C、渣E低。雖然渣樣A、D堿度相近，但由于渣樣A中w(Na2O)為14.8，以至渣樣A比D的熔化溫度和流動溫度略低。試樣B、C、E堿度高導致熔點較高，使用時在結晶器內初始液態(tài)渣膜中隨著溫度的降低易析出高熔點物質相，使保護渣粘度增大。液態(tài)渣膜存在區(qū)域減小，惡化保護渣潤滑性能和傳熱條件，易出現(xiàn)裂紋等表面質量問題，進而迫使拉速下降。生產中發(fā)現(xiàn)使用渣B、C、E時鑄坯表面易出現(xiàn)渣皮和結渣。圖1為渣A熔化過程中開始熔化溫

6、度、半球點溫度、流動溫度視圖。熔化速度實驗結果列于表3。表2 測定的熔化溫度渣樣初始熔化溫度/半球點溫度/流動溫度/第1次第2次平均值第1次第2次平均值第1次第2次平均值A906880893105310571055106310741068B884896890112011241122114211471145C99710131005113611311134115711491153D806871839108010641072109010731082E754610682110611111108112311421133表3 保護渣熔化速度渣樣熔化速度/s第1次第2次第3次平均A19.023.022.02

7、1.3B35.027.044.035.3C37.235.638.036.9D18.220.619.019.3E65.454.064.061.1 由于熔速與碳質材料的類型及質量分數(shù)有關。由表1和表3分析可知，隨著保護渣中碳質材料的質量分數(shù)增加，熔化速度逐漸降低。會導致渣耗量急劇增大，同時不利于穩(wěn)定操作和提高鑄坯表面質量，渣E熔速則太慢，不能滿足薄板坯連鑄高拉速對化渣速度的要求，不能在彎月面上形成足夠厚度的熔渣層，易出現(xiàn)潤滑不良，甚至導致鑄坯與結晶器壁的固固接觸，引起粘結漏鋼。3 粘度特性研究 粘度是決定保護渣消耗量和均勻流入的重要性能之一，它直接關系到熔化的保護渣在彎月面區(qū)域的行為。保護渣粘度高

8、，很難流入到鋼水彎月面與結晶器壁之間。薄板坯連鑄在高拉速條件下，為了增加傳熱，改善鑄坯與結晶器之間的潤滑，防止粘結漏鋼，必須采用較低粘度的保護渣。在常規(guī)板坯連鑄的拉坯速度時，滿足Vc=0.10.35(為熔渣粘度，VC為拉坯速度)條件下得到的結晶器導熱量及渣膜厚度的變化達最低值。對于薄板坯連鑄，VC=0.20.3，以適應高速連鑄對液體渣流入的苛刻要求。根據(jù)這一關系，可以確定拉速在36 m/min的薄板坯連鑄，結晶器保護渣粘度不應超過0.1 PaS。采用柱體旋轉法測得上述5種保護渣在1300時的粘度，基本在0.10.15 PaS之間，符合薄板坯連鑄工藝要求。4 析晶溫度研究4.1 研究方法 由于實

9、際應用的保護渣含有大量的碳質材料和揮發(fā)性原料，實驗測定其析晶溫度難度較大，幾次試驗均未成功，因此運用課題組基于大量實驗結果建立的析晶溫度性能預測模型對5種保護渣析晶溫度進行預測。4.2 結果及討論 用保護渣析晶性能預測模型預測結果如表4所示。表4 保護渣的析晶溫度渣樣析晶溫度/A1058B1134C1140D1084E1142 其中，渣B、C、E析晶溫度較高，這與堿度高有直接的關系。這些渣在使用過程中易在結晶器內過早出現(xiàn)彌散在渣膜中微小晶體，破壞渣膜的玻璃性，導致潤滑惡化，傳熱變弱，鑄坯摩擦力增大。而渣A、D的析晶溫度較低，在結晶器內其渣膜比渣B、C、E具有良好的玻璃態(tài)，可獲得良好的潤滑，使鑄

10、坯在結晶器內向下運動的過程中受到盡可能低的摩擦力；同時具有較好的傳熱性能。5 連鑄保護渣巖相分析5.1 研究方法 將熔化后的固體渣樣制成薄片和光片，用正、反、偏光高倍巖相顯微鏡鑒定凝固渣膜結晶相的比例，確定晶體礦物的種類及組成。5.2 試驗結果及討論 對上述5種渣固體渣樣礦物進行觀察和分析，表明：形成的晶體礦物主要為硅灰石和少量黃長石，且玻璃化程度隨保護渣堿度增大而急劇惡化，如堿度為0.88的渣A玻璃化率為85，而堿度為1.09的渣B玻璃化率則陡降至10。表5為5種保護渣巖相分析結果。圖2為典型的鏡下圖樣(以渣A為例)?？梢?，為了獲得高的玻璃化渣膜，設計保護渣時要嚴格控制堿度，必要時，為了提高

11、傳熱速度，減小摩擦，盡可能地降低渣堿度，而犧牲吸附夾雜的能力。表5 保護渣巖相分析結果保護渣種類礦物種類礦物形狀結晶率/%A硅灰石+少量黃長石長柱狀或羽毛狀集合體，部分呈針狀平行排列，局部可見硅灰石雛晶集合體15B硅灰石樹冠狀和放射狀集合體90C硅灰石結晶體粗大，多呈板柱狀，部分呈放射狀或樹冠狀集合體D硅灰石長羽毛狀或放射狀85E硅灰石呈長柱狀或樹枝狀集合體，局部見他形粒狀集合體106 結論 (1)5種商業(yè)保護渣，熔化溫度在10571131，熔化速度在19.361.1s析晶溫度在10581142。性能差別較大，對于特定工藝條件的薄板坯連鑄工藝這些渣顯然不可能都能滿足使用要求。其中渣A具有相對地的熔化溫度和析晶溫度，但需要進一步調整渣A的配碳種類和含量適當降低熔化速度，以更好地適應工藝要求。 (2)對5種渣固體渣樣礦物分析表明，主要為硅灰石和少量黃長石，且玻璃化程度隨保護渣堿度增大而急劇惡化，如堿度為0.88的渣A玻璃化率為85，而堿度為1.09的渣B玻璃化率則陡降至10?？梢姡瑸?/p>