連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣熔點(diǎn)影響因素的研究

王慶祥,肖 聰,余其紅,劉文華

(武漢科技大學(xué)鋼鐵冶金及資源利用省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢,430081)

連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣主要由基料、助熔劑和碳質(zhì)材料三部分組成,其主要化學(xué)成分有CaO、SiO2、Na2O、CaF2、A l2O3、M gO等。連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣作為連鑄生產(chǎn)的關(guān)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(jié)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(rùn)滑)等功能[1-2]。上述諸功能決定于保護(hù)渣的特性,而保護(hù)渣的熔點(diǎn)是保護(hù)渣的重要特性之一,它表征著保護(hù)渣在升溫過程中由固態(tài)完全轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)的溫度。研究表明,保護(hù)渣的熔點(diǎn)與其組分直接相關(guān)[3]。

本文以生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣為研究對(duì)象,研究影響保護(hù)渣熔點(diǎn)的因素,分析熔點(diǎn)隨成分變化的規(guī)律。

1 試驗(yàn)方法

取樣于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的8組連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣,其主要組分經(jīng)常規(guī)化驗(yàn)得出;堿度R通過化驗(yàn)保護(hù)渣成分中的CaO和SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)算得;熔點(diǎn)采用試樣變形法試驗(yàn)測(cè)定。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 堿度R對(duì)保護(hù)渣熔點(diǎn)的影響

堿度R對(duì)保護(hù)渣熔點(diǎn)的影響如圖1所示。從圖1中可以看出,保護(hù)渣熔點(diǎn)隨堿度的增大是先稍微降低后逐漸升高。當(dāng)堿度為0.7～0.8時(shí),保護(hù)渣熔點(diǎn)隨堿度的增加而降低,這是由于網(wǎng)鏈結(jié)構(gòu)限制體CaO的增加破壞了硅氧復(fù)合陰離子結(jié)構(gòu)所致。堿度繼續(xù)增大,保護(hù)渣熔點(diǎn)逐漸升高,這是由于CaO本身熔點(diǎn)較高(2 615℃),且易與SiO2形成高熔點(diǎn)(2 130℃)化合物(2CaO·SiO2)。

圖1 堿度R對(duì)保護(hù)渣熔點(diǎn)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(duì)保護(hù)渣熔點(diǎn)的影響

圖2 堿金屬氧化物R2O含量對(duì)保護(hù)渣熔點(diǎn)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(duì)保護(hù)渣熔點(diǎn)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(shí),隨著堿金屬氧化物含量增大,保護(hù)渣熔點(diǎn)顯著降低;當(dāng)堿金屬氧化物含量大于6%時(shí),增大堿金屬氧化物含量,保護(hù)渣熔點(diǎn)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(diǎn)的共熔體,當(dāng)堿金屬氧化物含量增大到一定值后,共熔基本完成,此時(shí)繼續(xù)增大R2含量,其降低保護(hù)渣熔點(diǎn)的效果減弱。

2.3 Al2 O3含量對(duì)保護(hù)渣熔點(diǎn)的影響

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

2.4 F含量對(duì)保護(hù)渣熔點(diǎn)的影響

F含量對(duì)保護(hù)渣熔點(diǎn)的影響如圖4所示。從圖4中可看出,當(dāng)F含量小于3.5%時(shí),保護(hù)渣熔點(diǎn)隨F含量的增大而明顯降低;當(dāng)F含量大于3.5%時(shí),F含量的增大不再使保護(hù)渣熔點(diǎn)發(fā)生變化。F主要來自于保護(hù)渣常用助熔劑CaF2,加入CaF2,一方面能與保護(hù)渣中的CaO、CaSiO3等形成低熔點(diǎn)共熔物,降低保護(hù)渣熔點(diǎn)[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(wǎng)狀或復(fù)雜鏈狀硅氧離子[5],起降低保護(hù)渣熔點(diǎn)的作用。因此當(dāng)保護(hù)渣中F含量低時(shí),增大F含量,保護(hù)渣熔點(diǎn)明顯降低;當(dāng)F含量增大到一定值后,其與保護(hù)渣中的CaO、CaSiO3等形成低熔點(diǎn)共熔物,破壞網(wǎng)狀或復(fù)雜鏈狀硅氧離子過程結(jié)束,此時(shí)增大F含量不引起保護(hù)渣熔點(diǎn)發(fā)生改變。

圖4 F含量對(duì)保護(hù)渣熔點(diǎn)的影響Fig.4 Effect of F content on melting point of mold flux

3 結(jié)論

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

(2)R2O含量小于6%時(shí),保護(hù)渣熔點(diǎn)隨R2O含量增大而顯著降低;當(dāng)R2O含量大于6%時(shí),保護(hù)渣熔點(diǎn)隨R2O含量增大而緩慢降低,最后熔點(diǎn)不再發(fā)生變化。

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

(4)F含量小于3.5%時(shí),保護(hù)渣熔點(diǎn)隨F含量的增大明顯降低;當(dāng)F含量大于3.5%時(shí),保護(hù)渣熔點(diǎn)幾乎不隨F含量的增大而發(fā)生變化。

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

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

[3] 曾建華.連鑄保護(hù)渣組成與性能關(guān)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(shù)據(jù)手冊(cè)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1984:120-140.

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